Расчет узловых соединений

4.6.1. Расчет крайнего узла Б верхнего пояса

 

Конструкция узла показана на рис. 4.6.

 

Верхний пояс фермы в опорном узле упирается в швеллер 1 с ребром жесткости 2, приваренный к вертикальным фасонкам 3. Ребро жесткости делит стенку швеллера на две равные части размерами , которые рассматриваются как отдельные закрепленные пластинки, опорами которых являются фасонки, ребро жесткости и полки швеллера (рис. 4.6).

 

 

Рис.4.6.1 Крайний узел Б верхнего пояса

Стенка загружена равномерным давлением торца панели БВ верхнего пояса.

 

Расчетный изгибающий момент в стенке швеллера определяется по формуле:

,

 

Где - длина короткой стороны участка жестко защемленной по четырем сторонам пластины (см. рис. 4.5б.);

– коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения .

В нашем случае для отношения .

Требуемая толщина стенки:

Так как требуемая толщина превышает фактическую толщину стенки швеллера, равную 0,49 см, то на последнюю наваривается дополнительно лист 4 толщиной 1,0 см.

 

Ребро жесткости рассчитывается на изгиб с учетом работы стенки швеллера. В этом случае расчетная площадь поперечного сечения (заштрихованная часть на рис 4.5.в) равняется:

Статический момент площади поперечного сечения относительно оси

Расстояние от оси до центра тяжести поперечного сечения (ось )

Момент инерции сечения:

 

Момент сопротивления сечения:

 

Изгибающий момент в ребре жесткости:

.

 

Требуемый момент сопротивления меньше фактического .

Горизонтальный лист 5 узла Б проверяется на изгиб от реактивного давления стойки АБ (рис. 4.5,г.).

 

Реактивное давление на лист:

.

 

Давление верхнего пояса на лист:

.

где - полная линейная нагрузка на верхний пояс (см.п. 4.5.1.);

- длина панели верхнего пояса;

- площадь опирания опорной стойки АБ на горизонтальный лист;

- площадь опирания верхнего пояса на горизонтальный лист.

 

Расчетное давление на лист:

 

Правый участок горизонтального листа рассматривается как пластинка с размерами сторон . Максимальный изгибающий момент определяется посередине свободной стороны по формуле:

,

где – коэффициент, определяемый при отношении сторон .

 

Требуемая толщина горизонтального листа

.

 

Принимаем лист толщиной 1,0 см.

 

Сварные швы, прикрепляющие уголки раскоса БД к вертикальным фасонкам в опорном узле Б, должны воспринимать растягивающее усилие 171897,9Н. Каждый уголок приваривается к фасонке двумя угловыми швами: у обушка и у пера. Усилие на шов у обушка одного уголка:

;

у пера:

.

Длина сварного шва определяется по формулам п.11.2 [4]:

а) из расчета на срез (условный) по металлу шва:

.

б) из расчета по металлу границы оплавления

Здесь (по табл. З.4 [4]);

- катет шва, принимается с учетом толщины свариваемых элементов по табл. 3.8 [4];

- расчетная длина шва, принимаемая на 10 мм меньше его действительной длины;

- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва для сварки электродами Э42, Э42А (табл. 56 [4]);

– по п.11.2 [4];

- по п.6.б, табл. 6 [4];

- по табл. 34 [4];

– расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления (на основании табл.3 и табл.5.1 [4]).

 

Длина шва у обушка равна:

- из расчета на срез (условный) по металлу шва

- из расчета на срез (условный) по границе сплавления:

 

Длина шва у пера:

 

Принимаем длину шва для приварки каждого уголка к фасонкам с учетом удлинения каждого шва на 10 мм:

- у обушка – 100+10=110мм;

- у пера – 40+10=50 мм.

 

4.6.2. Расчет промежуточного узла верхнего пояса (В)

 

Конструкция узла показана на рис. 4.6.

 

Стык клееных блоков верхнего пояса в узле В с двух сторон перекрывается накладками 1 с размерами сторон поперечного сечения . Снизу стык клееных блоков поддерживается подбалкой 2 с размерами сечения , которая опирается на стойку ВД. Соединение накладок и подбалки с клееными блоками осуществляется с помощью стальных болтов диаметром 12 мм.

Для обеспечения постоянного по величине эксцентриситета по всей длине верхнего пояса в месте стыка панелей в узле В устраивается прорезь глубиной от верхней кромки.

Деревянная подбалка работает на местное смятие поперек волокон торцом стойки ВД, которая крепится к верхнему поясу с помощью деревянных накладок 3 и металлических болтов диаметром 12 мм. Усилие сжатия в стойке .

Расчетное сопротивление древесины подбалки местному смятию поперек волокон определяется по формуле (п.3.1 [1]):

.

где - расчетное сопротивление древесины лиственницы 2-го сорта сжатию и смятию по всей поверхности поперек волокон (табл.3 [1]);

- длина площадки смятия, равная высоте поперечного сечения стойки ВД.

Проверка прочности древесины подбалки на смятие:

.

- площадь поперечного сечения стойки ВД.

 

Рис. 4.6.2 Промежуточный узел В верхнего пояса.

 

4.6.3. Расчет промежуточного узла Д нижнего пояса

 

Конструкция узла показана на рис. 4.6.3

В узле нижнего пояса сходятся пять элементов – раскос БД, стойка ВД, раскос ДГ, панели нижнего пояса АД и ДД’, которые своими торцами упираются в металлические диафрагмы.

Расчетные значения усилий в элементах (см.табл.4.2.):

· в раскосе ЕД - 171897,9Н;

· в стойке ВД - ;

· в раскосе ДГ - ;

;

· в панели ДК - .

 

 

Размеры диафрагм:

-

-

-

- - назначается конструктивно для опирания нулевой панели АД нижнего пояса.

Рис. 4.6.3 Промежуточный узел Д нижнего пояса

 

Вертикальная диафрагма 1 рассматривается как закрепленная по трем сторонам пластинка, загруженная равномерным давлением от горизонтальной составляющей сжимающего усилия в раскосе ДГ (рис.4.7.б)

где - площадь опирания раскоса ДГ на вертикальную диаграмму.

Расчетный изгибающий момент в середине свободной кромки

где - для отношений сторон .

Требуемая толщина вертикальной диаграммы

Принимаем .

Горизонтальная диафрагма 2, поддерживаемая снизу вертикальным ребром 3, разделяется на две пластины (см. рис. 4.7.б). Левая пластинка с размерами сторон (размеры приняты по контуру давления стойки ВД) рассматривается как закрепленная по трем сторонам, загруженная равномерным давлением от действия сжимающего усилия в стойке ВД.

где - площадь поперечного сечения стойки ВД.

 

Расчетный изгибающий момент в пластинке при отношении сторон , определяется по формуле (см. п.4.6.1.):

 

Требуемая толщина горизонтальной диафрагмы

Принимаем .

 

Размеры поперечного сечения вертикального ребра 3 определяются из условия работы его на изгиб как балки на двух опорах, загруженной распределенной нагрузки .В этом случае изгибающий момент равен:

 

Требуемый момент сопротивления

 

Задаваясь толщиной ребра определением его высоту:

Принимаем высоту вертикального ребра .

 

Раскос ДГ в узле Д крепится к металлическим фасонкам с помощью болтов диаметром , которые воспринимают растягивающее усилие в раскосе .

Расчетная несущая способность одного условного среза болта определяется по формулам (см. табл.17 [1]):

а) из условия смятия древесины нагельного гнезда раскоса

б) из условия изгиба болта

но не более:

 

Необходимое количество болтов для крепления раскоса к металлическим фасонкам:

где - числа расчетных швов одного болта.

 

Принимаем конструктивно два болта .

Уголки панели ДК нижнего пояса крепятся в узле Д с помощью сварных швов, которые должны воспринимать растягивающее усилие

 

Усилие на шов:

- у обушка одного уголка

- у пера

 

Требуемая длина сварного шва у обушка:

 

Требуемая длина сварного шва у пера:

 

Значения коэффициентов а также и приведены в п.4.6.1. при расчете сварных швов крепления уголков раскоса БД в узле Б.

 

Принимаем длину сварного шва для приварки каждого уголка к фасонкам с учетом удлинения на 10мм:

- у обушка – 110+10=120 мм;

- у пера – 50+10=60 мм.

 

 

4.6.4. Расчет опорного узла А

 

Конструкция опорного узла показана на рис. 4.6.4

В узле А опорная стойка АБ и нулевая панель нижнего пояса АД крепятся с помощью болтов диаметром к сварному металлическому башмаку, состоящему из вертикальных фасонок 1 толщиной и опорной плиты 2.

После установки ферм в проектное положение металлические башмаки узлов присоединяются болтами через опорные плиты к деревянному обвязочному брусу ОБ (сечением 200х200 мм), который укладывается в прорези клееных деревянных колонн.

 

 

Рис. 4.6.4 Опорный узел А.

 

Размеры опорной плиты определяются из условия работы древесины обвязочного бруса на смятие поперек волокон торцом стойки АВ:

где - расчетное сопротивление древесины ели местному смятию поперек волокон в опорных частях конструкции (табл.3 [1]).

 

Так как один из размеров плиты определяем второй

 

Принимаем размеры опорной плиты . Длина плиты принята конструктивно из условия расстановки 4-х анкерных болтов, крепящих ферму к обвязочному брусу и подбалке 150х200 мм.

 

Толщина плиты определяется из условия изгиба консоли от равномерно распределенного давления по поверхности плиты.

 

Изгибающий момент в консоли при расчетной ширине 1 см и вылете консоли:

 

определяется по формуле:

 

Здесь 0,3 см – зазор на неточность изготовления.

Рис. 4.9. К расчету опорной плиты.

Необходимая толщина плиты:

Принимаем .

 

 

4.6.5. Расчет конькового узла Г

 

Конструкция узла показана на рис 4.6.5

Рис. 4.6.5 Коньковый узел Г

 

Клееные блоки верхнего пояса в узле Г соединяются между собой парными деревянными накладками 1 сечением и металлическими фланцевыми элементами 2. Соединение накладок с клееными блоками осуществляется с помощью стальных болтов диаметром . Необходимый эксцентриситет обеспечивается верхней прорезью глубиной .

 

Сжимающее усилие в раскосе передается парными накладками 3 из металлических швеллеров №10 на фланцы 2 через угловые швы на торцах швеллеров.

 

Швы срезаются усилием:

и сжимаются усилием:

( - угол наклона раскоса ДГ к горизонту, см.п. 4.2.9.).

 

Общая длина шва:

.

где - соответственно ширина полки и высота швеллера №12;

t - средняя толщина полки швеллера № 10.

 

Напряжения в швах общей длиной на одном швеллере :

 

Суммарное напряжение:

 

Давление от раскоса ДГ передается на швеллеры через стальной лист 4 размерами , который рассматривается как закрепленная по контуру пластинка, загруженная равномерным давлением торца раскоса ДГ:

 

Расчетный изгибающий момент в пластинке:

где для отношения .

 

Требуемая толщина пластинки

 

Принимаем .

 

 

Список использованной литературы

1. СНиП II-25-80* Деревянные конструкции. Стройиздат, 1982

2. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. Стройиздат, 1986

3. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Стройиздат, 1988

4. СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии. Стройиздат, 1986

5. В.А. Цепаев Покрытие по трапециевидным металлодеревянным фермам с клееным верхним поясом. Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектов. Горький, 1984