Конструювання будівлі

Після першого етапуконструювання вузла подальший розрахунок полягає у виборі матеріалів для зварювання, розрахунку швів, які иприкріплюють стержні решітки до фасонки, конструюванні фасонки, розрахунку поясних швів.

Тип електроду для зварювання вибирається за табл.55*[1]. Для групи конструкцій 2 (табл. 50* [1]), кліматичного району ІІ₅ та классу сталі С255 попередньо призначаємо тип електроду Е42. Тоді за табл. 56 [1] розрахунковий опір кутових швів зрізу по металу шва рівний: R_wf =180 МПа. Для визначення розрахункового опору кутових швів зрізу по металлу межі сплавлення R_wz попередньо визначається межа міцності R_un з'єднуваних елементів. За табл. 51*[1] для сталі класу С255:

- значення R_un фасонного прокату при товщині полиці кутиків t_a= 4...10 мм - R_un = 380 МПа;

- значення R_un листового прокату при товщині фасонки t_p=14мм - R_un = 370 МПа.

Якщо значення межі міцності для фасонного та листового прокату різні, то остаточно приймається менше з двох. Тоді:

R_wz = 0,45R_un = 0,45 * 370 = 166,5 МПа.

Коефіцієнти глибини проплавлення швів в_f та в_z, згідно табл. 34*[1] для ручного зварювання рівні: в_f =0,7; в_z= 1.

Коефіцієнти умов роботи шва г_wf та г_wz згідно п. 11.2*[1] рівні: г_wf =1 та г_wz =1. Оскільки:

в_fR_wf = 0,7 * 180 = 126 МПа<в_zR_wz = 1 * 166,5 = 166,5МПа,

То розрахунок кутових зварних швів виконується лише по металу шва за умовою міцності:

Розраховуються шви, які прикріплюють стержні решітки до фасонки, на дію розрахункових зусиль в стержнях.

Кожний з двох кутиків стержня приварюється двома фланговими швами (біля обушка та біля пера) з виносом їх на торець на довжину 20 мм.

Оскільки кутик є асиметричним профілем, то його прикріплення до фасонки повинно забезпечити співпадання рівнодіючої зусиль, що передається двома швами, з нейтральною віссю кутика. Виходячи з цього, розрахункове зусилля в стержні N розподіляється між швами біля обушка і біля пера обернено пропорційно відстаням від цих швів до осі кутика.

Якщо в стержні з двох кутиків діє зусилля N, то шов біля обушка одного кутика сприймає зусилля:

,

А шов біля пера:

,

Де а_с і a_t - коефіцієнти перерозподілу зусилля відповідно на шов біля обушка і шов біля пера; b- ширина полиці кутика, прилеглої до фасонки; z₀ - відстань від центра ваги кутика до обушка;

.

Додатковим індексом “с” позначені характеристики, які відносяться до шва біля обушка, а індексом - до шва біля пера. Ці коефіцієнти практично залежать тільки від типу кутика та від того, якою полицею (більшою чи меншою) він прилягає до фасонки, тому вони мають сталі значення: для рівнобоких кутиків а_с= 0,7 і а_t=0,3.

Розрахунок приєднання стержнів решітки до фасонок виконується в наступній послідовності. Виходячи з умови міцності шва (по металу шва):

,

Визначається необхідна площа перерізу швів окремо для кожного стержня решітки, що входять у вузол: біля обушка:

,

А біля пера:

.

Площа перерізу, виражена через параметри шва, рівна:

Знаючи площу та задаючись катетом шва (максимальним, щоб отримати найменшу довжину шва, а вузол в цілому найбільш компактним), визначають необхідну розрахункову довжину швів: Біля обушка:



Біля пера:

Стержень 9-10. Розрахункове зусилля в стержні N=785kH. Переріз стержня - 2L125Ч14. Товщина вузлової фасонки t_р=14 мм.

Обчислюються теоретичні значення розмірів швів.

Шов біля обушка:

;

Катет шва:

Приймаємо остаточно (заокруглюємо до числа, кратно 1 мм); розрахункова довжина шва:

см;

Приймаємо остаточно см (заокруглюємо до числа, кратного 1 см). Перевіряються конструктивні вимоги шва біля обушка.

Катет шва повинен бути в межах:

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля обушка - см

см.

Тоді остаточно:

Умова виконується.

Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

см; см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище. Тоді остаточно:

;

Умова виконується.

Шов біля пера:

Неохідна площа шва:

;

Катет шва:

Розрахункова довжина шва:

см;

Приймаємо остаточно см (заокруглюємо до числа, кратного 1 см). Перевіряються конструктивні вимоги шва біля пера.

Катет шва повинен бути в межах:

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля пера. мм;

мм.

Тоді остаточно:

Умова виконується.

Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

;

см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище.

Тоді остаточно:

см;

Умова виконується.

Отримані розрахунком значення розмірів швів заносяться в графи «теоретичні значення» .

Стержень 10-11. Розрахункове зусилля в стержні N=356кН. Переріз стержня 2L70Ч6,0. Товщина вузлової фасонки t_p=14мм.

Шов біля обушка:

Необхідна площа шва:

;

Катет шва k_fc= k_fc,max=1,2t_min=1,2·0,6=0,72см;

Приймаємо остаточно k_fc=0,7см;

Розрахункова довжина шва:

;

Приймаємо остаточно l_wc=14см.

Перевіряємо конструктивні вимоги до шва біля обушка.

Катет шва повинен бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля обушка. см (за табл.38* [1]);

см.

Тоді остаточно:



Умова виконується.

Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

см; см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище.

Тоді остаточно:

;

Умова виконується.Шов біля пера:

Необхідна площа шва:

;

Катет шва:

k_ft= k_ft,max=t_а -1=6-1=5мм;

Розрахункова довжина шва:

;

Приймаємо остаточно l_wt=8см.

Перевіряємо конструктивні вимоги до шва біля пера.

Катет шва повинен бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля пера. см;

мм.

Тоді остаточно:

Умова неконується. Приймаємо , тоді

Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

; см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище. Тоді остаточно:

см;

Умова виконується.

Отримані розрахунком значення розмірів швів заносяться в графи «теоретичні значення» .

Отримані розрахунком значення розмірів швів заносяться в графи „теоретичні значення" табл.4.5. Далі продовжується почате раніше конструювання вузла. Від торців кутиків стержнів решітки в прийнятому масштабі відкладаються розрахункові довжини швів і окреслюється контур фасонки. Форма фасонки повинна бути простою (прямокутник або трапеція), яка дозволяє виготовити її прямими різами ножиць з мінімальними відходами. Для плавної передачі зусиль від стержнів решітки на пояси бокові грані фасонок проводяться під кутом не менше 15° до осі стержня решітки. Верхній край фасонки випускають за межі обушка поясного кутика на 20 мм.

В результаті конструювання може виникнути ситуація, коли довжина контакту деяких стержнів решітки з фасонкою біля пера або біля обушка перевищує розрахункову довжину шва. При виготовленні ферми зварювання завжди виконується на всю довжину контакту. А тому для цих стержнів виникає необхідність у перерахунку катету та довжини шва.

Для стержня 10-11 теоретична довжина шва біля пера =8см, а довжина контакту кутика з фасонкою біля пера при конструюванні вузла виявилась рівною 14см (знімається з креслення). Приймаючи довжину шва рівною довжині контакту =14см, перераховуємо катет шва:

Остаточно приймаємо:

мм

Фактичні розміри швів після конструювання вузла заносяться в графи “Фактичні значення”табл. 4.5. Фактична площа шва обчислюється, як:

Форма верхнього краю фасонки залежить від наявності накладок у вузлах верхнього поясу. При товщині полиць кутиків верхнього поясу 10 мм та менше при кроці ферм 6 м, і 14 мм та менше при кроці ферм 12 м, верхній пояс в місцях опирання на нього несучих елементів покриття необхідно посилювати накладками. Накладка має товщину 12 мм, довжину 240 мм (по 120 мм в кожну сторону від центру вузла) і приварюється до поясу поздовжніми швами. Фасонки в місцях постановки накладок не доводяться до кромки обушків поясних кутиків на 10... 15 мм і не приварюються. Зазори між накладкою та виступами фасонки залишаються по 10 мм.

Зварні шви які прикріплюють поясні кутики до фасонки, розраховують на зусилля, рівне рівнодіючій різниці зусиль в поясах:

Та зосередженої сили F, яка прикладається до верхнього пояса ферми. У вузлах нижнього поясу F=0.

Розрахункове зусилля у швах:

,

Де N₁ - зусилля в панелі поясів зліва від вузла, тобто в стержні 3-9;

N₂ - зусилля в панелі поясів справа від вузла, тобто в стержні 4-11;

F - вузлова сила від постійного та снігового навантажень:

Обчислюємо необхідні площі кутових швів:

Біля обушка:

Біля пера:

.

Оскільки вузол на даному етапі розрахунку повністю за конструйований, то розрахункова довжина швів приймається рівною довжині контакту фасонки з поясними кутиками біля обушка та біля пера за виключенням 1 см на дефекти шва:

Визначаємо необхідні катети швів:

Біля обушка:

;

;

;

Остаточно приймаємо більше з трьох значень - , біля пера:

;

;

Остаточно приймаємо більше з трьох значень .

Розрахунок прикріплення стержнів решітки до фасонки зведемо в табл.4.5.

Розрахунок прикріплення поясних кутиків до фасонки зведемо в табл.4.6.

Конструювання вузлів показано на рис. 4.7 рис. 4.8. рис. 4.9. та на рис. 4.10

Таблиця 4.5 - Розрахунок приєднання стержнів решітки до фасонки:

№ вузла	№ Стержнів решітки	Розрахункові Зусилля в стержні, кН	Склад перерізу	Обушок	Перо
				Теоретичні значення (отримані розрахунком)	Фактичні значення (після конструювання вузла)	Теоретичні значення (отримані розрахунком)	Фактичні значення (після конструювання вузла)
				Awfc, см2	kfc, мм	lwc, см	kfc, мм	lwc, см	Awfc, см2	Awft, см2	kft, мм	lwt, см	kft, мм	lwt, см	Awft, см2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1	9-10	-785	2L125Ч14	15,3	16	14	16	14	15,68	6,54	12	8	12	8	6,72
	10-11	356	2L70Ч6	6,9	7	14	7	14	6,86	2,97	6	7	6	14	5,88
2	11-12	-134	2L70Ч6	2,60	7	5	7	5	2,45	1,11	6	4	6	4	1,68
3	12-13	-156	2L100Ч6,5	3,03	7	6	7	6	2,94	1,3	6	4	6	4	1,68
	13-14	-18	2L100Ч6,5	0,35	7	7	7	7	1,96	0,15	6	4	6	5	2,1
4	10-11	356	2L70Ч6	6,9	7	14	7	14	6,86	2,97	6	8	6	8	3,36
	11-12	-134	2L70Ч6	2,60	7	5	6	14	5,9	1,11	6	4	6	14	5,88
	12-13	-156	2L100Ч6,5	3,03	7	6	6	10	4,2	1,3	6	4	6	4	1,68

Таблиця 4.6 - Розрахунок приєднання поясних кутиків до фасонки

Силові фактории	Обушок	Перо
N1, кН	N2, кН	F, кН	N1, кН	Awfc, см2	lwc, см	kfc,1 мм	kfc,2 мм	kfc,3 мм	kfc, мм	Awft, см2	lwt, см	kft,1 мм	kft,2 мм	kft,3 мм	kft, мм
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
259	-890	134,22	1157	22,5	66	5	7	6	7	9,6	66	2	5	6	6
-890	-890	134,22	134,22	2,6	22	2	2	6	6	1,12	15	1	2	6	6
-890	-974	134,22	158,3	3,1	47	1	3	6	6	1,32	47	1	2	6	6
583	999	-	416	8,1	62	2	4	6	6	3,5	62	1	3	6	6

4.3.2 Розрахунок та коструювання опорних вузлів ферми

А. Верхній опорний вузол.

Розрахунок та конструювання вузла виконуємо одночасно.

Приймаємо болтове з'єднання ферми з колоною. В цьому випадку вузол складається з фасонок, до якої приварений стержень верхнього поясу ферми, та опорного фланця, який приварений в торець фасонки і за допомогою болтів приєднується до внутрішнього поясу колони.

Приймаємо з'єднання на чотирьох болтах, які розташовуються симетрично відносно центру фланця. Осі стержнів ферми(в верхньому та нижньому вузлах) центруємо на внутрішню грань колони.

Розрахунок вузла виконуємо на дію найбільшого згинаючого моменту в перерізі 4-4 рами, який відриває фланець від колони: .

При цьому момент замінюється парою сил Н:

.

Де h'- відстань між центрами верхнього та нижнього опорних вузлів на внутрішній грані колони h'=2,155м.

Вузол проектуємо так щоб лінія дії сили Н проходила через середину фланця (центрального опорного вузла). Це призводить до рівномірного навантаження всіх болтів і зварного шва, який з'єднує фланець з фасонкою. Товщину опорного фланця конструктивно приймаємо t_ф =20 мм і в подальшому перевіряємо на міцність. Для конструювання фасонок опорного вузла розраховуємо зварні шви, які з'єднують верхній пояс з фасонкою, на дію поздовжнього зусилля в крайній панелі поясу, тобто в стержні 3-9. за табл.. 4.2. [6] . Стержень верхнього поясу складається з двох кутиків 2L125Ч12. Розраховуємо зварний шов біля обушка, приймаємо максимальний катет шва:

.

Остаточно приймаємо . Тоді розрахункова довжина шва:

.

Остаточно приймаємо .

Виконуємо перевірку конструктивних вимог для шва біля обушка.

,

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля обушка см;

см.

Тоді остаточно:

Умова виконується. Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.



Тоді остаточно:

Умови виконуються.

Розраховуємо шов біля пера:

катет шва приймаємо максимальним:

k_ft= k_ft,max=t_а - 2=12 - 2=10мм;

Розрахункова довжина шва:

,

Остаточно приймаємо

Перевіряємо конструктивні вимоги до шва біля пера.

Катет шва повинен бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля пера - см

мм.

Тоді остаточно:

Умова виконується.

Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

; см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище.

Тоді остаточно:

см;

Умова виконується.

Висота фланця знімається з креслення: Ширину фланця b призначаємо так, щоб відстань між вертикальними рядами болтів була мінімальною. Болти приймаємо діаметром 2,2см. Відстані в болтовому з'єднанні повинні відповідати наступним вимогам (за табл. 39 [1]):

Між центрами болтів в будь-якому напрямку:

Від центру болта до краю елемента:

Де d₁ =22 мм - діаметр отвору під болти класу точності В при d=20 мм.

t - менша з товщин з'єднуваних болтами елементів (в данному випадку

t = t_ф = 20 мм).

Остаточно приймаємо

Оскільки кількість болтів n=4 прийнята попередньо, тому необхідно перевірити їх достатню кількість за формулою:

,

Де N_b - розрахункове зусилля, яке може бути сприйняте одним болтом з умови його роботи на розтяг при відриві фланця від колони. Перше число в позначенні класу міцності болтів повинне бути не меншим ніж

;

Друге число - не меншим, ніж

,

Де R_un і R_yn - відповідно межа міцності та межа текучості більш міцної сталі (ферми або колони). Для сталі С375 за товщини листового прокату:

10 мм<t?20 мм - R_un=490 МПа, R_yn=355 МПа.

Остаточно приймаємо болти класу 5.8. За табл. 58* [1] розрахунковий опір болтів розтягу R_bt=200 МПа. Тоді:

;

Де - площа перізу болта «нетто».Необхідна кількість болтів:

;

Отже, чотирьох болтів у з'єднанні достатньо. Шви, які прикріплюють фланець до фасонки, мають довжину, яка визначається при конструюванні вузла:

Необхідний катет шва:



Приймаємо остаточно:

При товщині більш товстого зі зґєднувальних елементів t_ф=20 мм).

Перевіряємо розрахункову довжину:

Сила Н намагається відірвати фланець від колони і викликає його згин. Момент при згині фланця визначається як в защемленій балці прольотом «а». рівний відстані між вертикальними рядами болтів:

.

Перевіряємо міцність фланця:

Отже міцність фланця забезпечена.

Б. Нижній опорний вузол.

Для визначення контурів кутової фасонки розраховуємо зварні шви, які з'єднують опорний розкос та нижній пояс з фасонкою.

Стержень 9-10.

Розрахункове зусилля в стержні N9-10=736kH. Переріз стержня - 2 L125Ч14. Товщина вузлової фасонки t_р=14 мм.

Обчислюються теоретичні значеннярозмірів швів.

Шов біля обушка:

;

Катет шва:

Приймаємо остаточно (заокруглюємо до числа, кратно 1 мм); розрахункова довжина шва:

см;

Приймаємо остаточно см (заокруглюємо до числа, кратного 1 см).

Перевіряються конструктивні вимоги шва біля обушка.

Катет шва повинен бути в межах:

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля обушка - см;

см.

Тоді остаточно:

Умова виконується.

Розрахункова довжина повинна бути в межах:

,

Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

см; см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище. Тоді остаточно:

;

Умова виконується. Шов біля пера:

Необхідна площа шва:

;

Катет шва:

Приймаємо остаточно (заокруглюємо до числа, кратно 1 мм); розрахункова довжина шва:

см;

Приймаємо остаточно см (заокруглюємо до числа, кратного 1 см).

Перевіряються конструктивні вимоги шва біля пера.

Катет шва повинен бути в межах:

Де - відповідно мінімальний і максимальний катети шва біля пера - см * [1];

мм.

Тоді остаточно:

Умова виконується. Розрахункова довжина повинна бути в межах:



Де - відповідно мінімальне та максимальне значення розрахункової довжини шва.

см; см;

см.

Фактичне значення повинно бути одночасно не менше двох значень , обчислених вище.

Тоді остаточно:

см;

Умова виконується. Отримані розрахунком значення розмірів швів заносяться в графи «теоретичні значення» .

Стержень№1-10

Розрахункове зусилля в стержні N_1-10=583кН. Переріз стержня 2L125Ч9. Товщина вузлової фасонки t_p=14мм.

Шов біля обушка. Розрахункова довжина шва з креслення:

;

Катет шва:

Приймаємо остаточно:

k_fc= k_fc,mіn=0,6см;

Перевіряємо розрахунковy довжинy шва:

Шов біля пера: розрахункова довжина шва з креслення:

;

Катет шва:

;

Приймаємо остаточно:

k_fc= k_fc,mіn=0,6см;

Перевіряємо розрахунковy довжинy шва:

Ширина фланця за аналогією з верхнім опорним вузлом b=190мм, висота фланця за результатами конструювання вузла h=520 мм. Прийняті попередньо розміри фланця повинні відповідати конструктивним вимогам та забезпечувати місцеву стійкість фланця.

.

Остаточні поперечні розміри фланця повинні забезпечувати умову міцності на зминання торцевої поверхні, оскільки торець фланця передає опорну реакцію ригеля:

Де V - опорна реакція ригеля як вільно лежачої балочної конструкції від дії постійного та снігового навантаження на всьому прольоті.

Де V_p - опона реакція від постійного навантаження:

V_p=4F_q=4·108=432кH;

V_s=4F_s=4·26,22=104,88 кH;

А_ф - площа поперечного перерізу фланця:

R_p - розрахунковий опір сталі зминанню торцевої поверхні, при R_un=490МПа (сталь С375, t=20мм) R_p=445МПа.

Остаточно:

.

Умова міцності виконується.

Розраховуємо зварні шви, які з'єднують фасонку з опорним фланцем. Вони працюють в складному напруженому стані під дією вертикальної опорної реакції ферми V=536,88кН та стискаючої сили від рамних зусиль Н=254,53кН, яка прикладена з ексцентриситетом «е» відносно середини шва, так як діє вздовж осі нижнього поясу. Розрахункова довжина кожного з двох швів (з кожного боку фасонки) отримана при конструюванні і рівна:

.

Обчислюємо катет шва з умови міцності за рівнодіючими напруженнями. Рівнодіюче напруження в найбільш напруженій точці шва:

;

Де:

;;

Враховуючи: ; ; . Де е - ексцентриситет сили Н по відношенню до середини шва е=9,0 см, а також те, що зусилля сприймається одночасно двома швами, отримаємо:



Звідси необхідний катет шва:

Приймаємо остаточно: .

Перевіряємо розрахункову довжину шва:

Остаточно приймаємо довжину шва 27,0 см. Розрахунок опорного столика, необхідного для опирання ферми та сприйняття вертикальної опорної реакції V, полягає у визначенні довжини, ширини та товщини столика. Товщина опорного столика призначається конструктивно 30…40 мм дотримуючись умови: . Остаточно приймаємо:

Ширину столика приймаємо на 15..20 мм більшою ширини фланця в кожну сторону:

.

Конструктивно приймаємо з'єднання столика з колоною двома швами з виносом на торець на 20 мм. Приймаємо катет шва:

Довжину столика яка рівна розрахунковій довжині шва:

.

Остаточно приймаємо:

.

Перевіряємо розрахункову довжину шва:

Умова виконується.

Конструювання опорних вузлів показано на рис. 4.9.

Опорний фланець кріпимо

Для забезпечення стійкості стіни колони в місцях прикладення сили Н ставляться парні поперечні ребра жорсткості осі яких суміщають з центрами опорних вузлів ферми.

Література

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР.-М.; Госстроя СССР, 1991.-96 с.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР.-

3. М.:Стройиздат, 1986.- 60 с.

4. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб.пособие для техни кумов.- 2-е изд., перераб. и доп. -М. .-Стройиздат, I991.-43Iс.:ил.

5. Металлические конструкции.Общий курс.Учебник для вузов / Е.И.Беленя, В.А.Балдин, Г.С.Веденников и др./ Под общ. ред. Е.И.Беленя.- 6-е изд.,перераб. и доп.-М.:Стройиздат, 1986.-560 с, ил.

6. Методичні вказівки 051-159, 051-160, 051-161, 051-162, 051-163. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Металеві конструкції» студентам спеціальності 6.060101 - «Промислове та цивільне будівництво» всіх форм навчання на тему «Стальний каркас одноповерхової виробничої будівлі» /Нелепа О.І., Романюк В.В. - Рівне: НУВГП, 2010.

Размещено на Allbest.ru

...