4.4 Решение и расчет узлов фермы

Рассчитываем узлы показанные на рисунке 11.

Рисунок 11 – Рассчитываемые узлы фермы

Расчет узла А (рисунок 12).

Для передачи усилия верхнего пояса N=148,4 к вертикальным стальным листам крепим на сварке упорный швеллер, высоту которого определяем из условия, чтобы середину его высоты проходила смещенная ось пояса.

Рисунок 12 – Узел А

При e=5 см расстояние от нижней кромки до оси составит . Высота швеллера h=6,55 2=13,1см. Принимаем швеллер N15 (ГОСТ 8240-72).

Напряжение смятия в торце пояса:

(4.12)

где F_см – площадь смятия.

Швеллер проверяем на изгиб как балку пролетом l=b=14см.

Проверим напряжения верхнего пояса по смятию:

Расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон R_cт=15МПа.

Напряжение:

Стойка соединяется с верхним поясом двумя косынками на болтах, с требуемой площадью:

где 0,8 – коэффициент, учитывающий ослабление сечения.

R_s=235 МПа – расчетное сопротивление стали.

Принимаем 2 болта диаметром d=2,4см А=4,52см² (по сортаменту)

Шайбы используем квадратные, размерами: 90х90мм и толщиной 7мм. (по сортаменту).

Для закрепления верхнего пояса на швеллере используем такой же болт как и для стойки.

Расчет узла Д (рисунок 13 ).

На стойку 10 действует сжимающее напряжение N=18,75 кН.

Стойка 10 соединяется с раскосом 11 с помощью металлической косынки и болтов.

Рисунок 13 – Узел Д

Требуемое количество болтов стойки:

Принимаем 1 болт диаметром d=1,2см А=1,13см² (по сортаменту); шайбы используем квадратные, размерами: 45х45мм и толщиной 4мм. (по сортаменту).

Требуемая площадь болтов раскоса:

Принимаем 2 болта диаметром d=2,4см А=4,52см² (по сортаменту); шайбы используем квадратные, размерами: 90х90мм и толщиной 7мм. (по сортаменту).

Расчет узла В (Рисунок 14).

Рисунок 14 – Узел В

Определяем число болтов, крепящих стойку 13 к верхнему раскосу; действующее усилие N=32,92кН.

Принимаем 2 болта диаметром d=1,6 см А=2,01см².(по сортаменту); шайбы принимаем квадратные, размерами: 55х55мм и толщиной 4мм. (по сортаменту).

Расчет узла Г (рисунок 15).

Рисунок 15 – Узел Г

Определяем число болтов; действующее усилие N=148,23кН.

Ставим по два болта d=24мм, А=4,52+4,52=9,04  7,87см²

Рассчитываем угловые сварные швы на срез:

(4.14)

где - расчетное сопротивление углового шва срезу;

- коэффициент, принимаемый при сварке стальных конструкций.

Окончательно принимаем катет шва равным 5мм.

5 Расчет рамы

Расчетная схема поперечника здания представляет собой однажды статически неопределимую раму с жестко защемленными колоннами и условно жестким ригелем, шарнирно опертым на колонны. За лишнее неизвестное при расчете рамы обычно принимается продольное усилие в ригеле "F_x", возникающее от действия ветровой нагрузки и навесного стенового ограждения.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле (6) [2]:

w_m=w_o·k·c

где w_o- нормативное значение ветрового давления, табл. 5 [2];

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, табл. 6 [2];

с - аэродинамический коэффициент, определяемый по прил. 4 [2].

В курсовом проекте при выполнении статического расчёта вручную допускается ветровую нагрузку на высоте более 5 м заменять эквивалентной равномерно распределенной в пределах рассматриваемого участка. При этом значение k определяется в зависимости от высоты z, со­ответствующей середине этого участка.

Значение С_е3=-0,5 при L/l > 2 и Н/l < 0,5 (L - длина здания, l - пролёт здания, Н - высота колонны).

Распределенная ветровая нагрузка, действующая на покрытие здания, заменяется сосредоточенной Q_w, прикладываемой в месте опирания ригеля. Изгибающие моменты, продольные и поперечные силы, полученные в результате статического расчета рамы имеют максимальные значения в опорном сечении колонны.

Определение расчетных усилий в колонне производится от постоянной и двух временных (снеговой и ветровой), умножаемых на коэффициент сочетания ψ₂=0,9 согласно п. 1.12 [2].

Расчетная длина клееной колонны принимается в плоскости рамы l_х=2.2·Н, а из плоскости l_У=Н (табл. 7.1 [1]). Сечение колонн проектируется прямоугольным с соотношением размеров h/b < 5. Предварительно определяется ширина сечения b из условия предельной гибкости λ_max=120 (табл. 7.2 [1]), после чего назначается высота сечения в пределах h=(1/10...1/15)·H.

Доски принимаются по сортаменту (прил. Б, табл. Б.1 [1]) толщиной не более 40 мм с учетом острожки по пласти 2.5...3 мм и по кромкам 5 мм. Проверка принятого сечения колонны производится как сжато-изогнутого элемента в соответствии с п. 7.1.9 [1]. При этом следует об­ращать внимание на изменения численного значения коэффициента k_mod (табл. 6.4 [1]), учитывающего в данном случае кратковременное действие ветровой нагрузки и коэффициента k_h (табл. 6.7 [1]), учитывающего высоту сечения клееного элемента.

Крепление колонны к фундаменту производится при помощи анкерных болтов, работающих на растяжение. Сжимающие усилия передаются непосредственно на фундамент через торец колонны. Расчет анкерных болтов и их крепления к колонне производится на максимальное растягивающее усилие.