Конструирование и расчет промежуточных узлов ферм из уголков

Элементы фермы из парных уголков соединяются между собой в узле с помощью фасонки — листа, вводимого в зазоры между уголками.

Форма и размеры фасонки получаются в процессе конструирования узла, последовательность которого рассмотрим на примере промежуточного узла нижнего пояса (рис. 36). Вначале наносят оси стержней, пересекающиеся в одной точке — центре узла. Затем для каждого стержня от его оси откладывают расстояние от центра тяжести сечения до обушков уголков z₀а также — ширину и толщину полки уголка и через полученные точки проводят линии, параллельные оси стержня.

Рис. 36. Промежуточный узел нижнего пояса фермы из уголков.

Уголки элементов решетки обрезают перпендикулярно оси с таким расчетом, чтобы в целях уменьшения сварочных напряжений в фасонке между краями элементов решетки и пояса оставался зазор не менее.

а = 6 t — 20 мм, но не более 80 мм (t—толщина фасонки, мм).

Далее определяют необходимые длины сварных швов, крепящих элементы решетки к фасонке. Каждый уголок приваривается угловыми швами по обушку и перу. Усилия, действующие в элементе, распределяются между этими швами, как между опорами балки с пролетом, равным ширине полки уголка (рис. 36), и находятся по формулам:

(23).

гдеN — усилие в элементе;

S₁, S₂ — усилия в швах у обушка и пера уголков;

b — ширина полки уголка;

z₀ — расстояние от обушка до центра тяжести сечения.

Длины швов у обушка и пера определяются из условия прочности угловых швов:

(24).

Сварка обычно осуществляется полуавтоматами, что учитывается при расчете коэффициентом _f. Длина шва в соответствии с рекомендациями СНиП II-23−81* принимается не менее 40 мм. Наибольший и наименьший допустимый катет шва определяется требованиями СНиП II-23−81*. Кроме того, при назначении катета шва у пера прокатного уголка надо учитывать скругление края полки и принимать катет этого шва на 1—4 мм меньше толщины полки уголка (в зависимости от размеров уголка).

Полученные по формулам (24) длины швов откладываются от торцов уголков стержней решетки, сходящихся в узле. Для уменьшения концентрации напряжений СНиП II-23−81* требует выводить сварные швы на торец прикрепляемого элемента на длину 20 мм. Отложенные длины швов позволяют установить необходимые размеры фасонки. При конструировании фасовки надо стремиться, чтобы ее форма была как можно проще. С этой целью боковые стороны фасонки обычно делают перпендикулярными поясу. Снизу фасонка выпускается на 20—30 мм за уголки пояса для его приварки.

Сварные швы, крепящие неразрезанный нижний пояс к фасонке, должны воспринимать усилие, передаваемое с фасонки на пояс, т. е. равнодействующую усилий в примыкающих элементах решетки. Очевидно, в силу равновесия узла эта равнодействующая равна разности усилий в смежных панелях пояса, т. е. N = N₂ — N₁ (рис. 32). Усилия, приходящиеся на швы у пера и обушка, определяют по формулам (23), заменив в них N на N. Длина швов по расчету обычно получается небольшой, по конструктивно они принимаются сплошными на всю ширину фасонки, так как СНиП II-23−81* запрещают применение прерывистых швов (они допускаются только для вспомогательных конструкций).

Промежуточные узлы по верхнему поясу фермы имеют некоторые особенности (рис. 37, а). Для обеспечения нормального опирания прогонов или плит покрытия фасонку не выводят за пределы пояса, а утапливают на 7—10 мм. Чтобы уголки не расходились, зазор между ними заплавляют. Полученный при этом втопленный сварной шов не является расчетным, разрешается лишь считать, что он воспринимает узловую нагрузку F.

При таком подходе расчетные швы у перьев уголков должны воспринять разность усилий в смежных панелях верхнего пояса:

N = N₂ — N₁.

Это усилие приложено с эксцентриситетом е = b—z₀ по отношению к швам, поэтому их надо рассчитывать на совместное действие сдвигающей силы N и изгибающего момента M = N e:

(25).

в данной формуле:

;

Если швами у перьев воспринять усилие не удается, то можно сделать частичные выпуски фасонки за уголки пояса (рис. 33, а) и швы у обушков ввести в расчет. В этом случае сварные швы у обушков и перьев уголков рассчитываются по формулам (23) и (24) на равнодействующую сдвигающего усилия N и узловой нагрузки F. При малом уклоне кровли эта равнодействующая с достаточной точностью может быть определена по формуле:

(26).

На рисунке 37, б показан промежуточный узел верхнего пояса, в котором к поясу примыкает только стойка. В этом случае форма фасонки принимается с учетом обеспечения плавного перехода силового потока со стойки на фасонку, для чего край фасонки должен отходить от уголков стойки под углом не менее 15^о. Это условие должно соблюдаться при конструировании фасонок во всех узлах фермы.