Металлические конструкции, включая сварку

Исходные данные для проектирования выбрать из табл. 1÷6, в соответствии с шифром зачётной книжки (три последние цифры).

Плоскую стержневую схему фермы обычно создают путём генерации из имеющихся в проектно-вычислительном комплексе SCAD прототипов - смотреть в [1÷3], а также видеофильмы [4 и 5].
Для производственных производственных одноэтажных однопролётных зданий принимается следующая расчётная схема ригеля поперечной рамы - соединение с колоннами шарнирное.
Высота части колонны в пределах ригеля (hro) зависит от принятой конструкции стропильных ферм.
Для типовых стропильных малоуклонных ферм из уголков она обычно принимается равной 2,25 м при пролёте до 24 м и 3,15 – при пролётах 30 м и более.
Для ригеля покрытия (фермы) с трапециевидным очертанием поясов высоту в середине пролёта брать равной 3150 мм, на опоре – высчитать, исходя из уклона 5, 8,10 и 15 % соответственно для 24, 30, 36 и 42 м и округлить до 100 мм (в большую сторону).

Поскольку статический расчёт фермы рекомендуется выполнять с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD, то не имеет смысла определять узловые нагрузки, как рекомендовано в некоторых учебниках [8, 9], или учебных пособиях [10].
В КР необходимо учесть 2 варианта нагружения фермы снеговой нагрузкой:
равномерно распределённой по всей её длине (1СН);
равномерно распределённой, действующей на половине её длины (2СН).
Ветровые нагрузки ввиду малого уклона кровли – можно не учитывать.

Алгоритм статического расчёта фермы аналогичен таковому для рамы.
Установим курсор в позицию «Графический анализ» раздела «Результаты» дерева проекта и нажмём ЛКМ. Появится окно для вывода различных результатов.

Расчётные усилия в стержнях фермы от каждого из вариантов нагрузок обычно выписывают в таблицу, где указывают по столбцам:
к какому из элементов фермы он относится (поясу или это раскос или стойка);
номер стержня (в соответствии с его обозначением в расчётной схеме фермы);
усилие в стержне со знаком «плюс» или «минус» в зависимости от соответствующей комбинации нагрузок.
Очевидно, что из табличной формы легко увидеть наибольшие сжимающие и растягивающие усилия, которые и будут расчётными для отдельных стержней.
Из таблицы также перемещения от отдельных комбинаций нагрузок, позволяющие оценить жёсткость как отдельных узлов, так и всей фермы в целом.
Но в целях унификации и из-за условий изготовления ферм (см. [9, стр. 155÷156]) количество типоразмеров элементов должно быть минимальным. Поэтому в качестве расчётных выбирают лишь часть из них.
Например, для 24 м фермы, где должно быть не более 3÷4 типоразмеров, достаточно выбрать 1 наибольшее усилие для верхнего пояса, 1 наибольшее усилие для нижнего пояса, 1 наибольшее усилие для всех раскосов и 1 наибольшее усилие для стоек.
Соответственно, при таком подходе, и подбор элементов фермы следует производить лишь на эти усилия и объём дальнейших конструктивных расчётов существенно уменьшится.
Теоретически наиболее экономичной была бы ферма, у которой каждый стержень имел бы своё сечение. Но такой подход не учитывает других условий создания конструкции, в частности, требований технологичности изготовления.
Стержни были бы короткие, их пришлось бы стыковать в каждом узле. Необходимо было бы переналаживать станки на изготовление стержней с разными сечениями, затруднилась бы комплектация. Ведь на заводы выгодно привозить не менее 60 т (полный загруженный полувагон) одного-двух профилей одинакового калибра.
Поэтому количество типоразмеров обычно ограничивают:
В фермах пролётом 18… 30 м — примерно 5...6 (два у поясов, один у стоек, 2...3 у раскосов), при пролётах 36... 42 — примерно 8...9 и т. д.
На всю ферму выбираются также болты одного диаметра.

Алгоритм и оформление результатов конструктивного расчёта стержней фермы
Если предварительно гибкость стержня была задана неправильно и проверка показала перенапряжение или значительное (больше 5÷10 %) недо напряжение, то проводят корректировку сечения, принимая промежуточное между предварительно заданным и фактическим значениями гибкости.
сжатых
См. презентацию «Выбор сталей_2019» и табл. В.1÷В.5 [11]
растянутых
Определение усилия в стержне, N
Выбор типа поперечного сечения стержня
Вычисление требуемой площади поперечного сечения А = N / Ry×γc
Подбор по сортаменту подходящего профиля и установление фактических характеристик сечения : A, ix, iy.
Нахождение λx = ℓx / ix и λy = ℓy / iy.
Проверка, чтобы гибкости стержней не превышали предельных значений (см. табл. 33 [11]).
См. презентацию «Выбор сталей_2019» и табл. В.1÷В.5 [11]
назначенных по предельной гибкости
Предварительно можно принять для поясов гибкость 60 ÷ 80 и для решётки 100 ÷ 120. Большие значения гибкости принимаются при меньших усилиях.
По гибкости находят коэффициент φ.

До последнего времени лёгкие фермы проектировались в основном из стержней с сечениями, составленными из двух уголков.
Такие сечения имеют большой диапазон площадей, удобны для конструирования узлов на фасонках и прикрепления примыкающих к фермам конструкций (прогонов, кровельных панелей, связей и т. п.).
Существенными недостатками такой конструктивной формы является большое число элементов с различными типоразмерами, значительный расход металла на фасонки и прокладки, высокая трудоёмкость изготовления и наличие щели между уголками, затрудняющей окраску и способствующей коррозии.
Кроме того, стержни с сечением из двух уголков, составленных тавром, неэффективны при работе на сжатие.
Весьма часто сечения элементов фермы принимаются из разного вида профилей: пояса из двутавров, решётка из гнутозамкнутых профилей или пояса из тавров, решётка из парных или одиночных уголков.
Такое комбинированное решение оказывается более рациональным.

1. Уголки верхнего пояса должны быть обращены обушками вверх, нижнего пояса — вниз; для решеток и стоек эта рекомендация не обязательна.
2. Центр тяжести сечения стержня (расстояние от края обушка до центра тяжести сечения Zo определяется по сортаменту прокатных элементов и должен совпадать с осевыми линиями фермы.
3. Края стержней решетки не доводятся друг до друга на расстояние 50 мм и до поясов фермы – a, где a = 6 t – 20 мм, но не более 80 мм. Это делается для уменьшения сварочных напряжений и недопущения образования трещин в фасонках фермы.
4. Для сечений стержней фермы принимают прокатные уголки с размерами полок не менее чем 50×50×5 мм, независимо от расчёта.
5. Для обеспечения совместной работы уголков устанавливаются стальные соединительные прокладки на расстоянии: не более 40 i для сжатых стержней и 80 i для растянутых, где i — радиус инерции одного уголка относительно оси у—у.
6. Размеры фасонок определяются из учета размещения на них сварных швов, прикрепляющих стержни фермы. Толщина фасонок принимается одинаковой на всей ферме и определяется по наибольшему усилию в стержнях (при усилиях до 200 кН — t = 8 мм; 200-500 кН — t = 10 мм; 500-750 кН — t = 12 мм);
7. Должны выполняться следующие требования к сварным швам:
• уголки привариваются к фасонке, как правило, фланговыми швами;
• наименьшая высота катета шва kf принимается по табл. 38 СП, наибольшая — 1,2 t , где
t — наименьшая толщина соединяемых элементов;
• длина шва вдоль обушка должна быть больше, чем по перу уголка.
При конструировании узлов стальных ферм из уголков учитывают следующие особенности:

Требования норм при проектировании ферм и покрытий: