Расчет и конструирование узлов ферм. Основные требования при конструировании узлов. Бесфасоночные узлы ферм

ЛЕКЦИЯ 15

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ ФЕРМ

Конструктивное решение ферм должно соответствовать принятой расчетной схеме. Особенности конструирования узлов зависят от типа сечения стержней, способа их соединения между собой и характера закрепления фермы на опорах.

Конструирование  начинают  с  вычерчивания  осей  всех  элементов, сходящихся  в  узле,  которые  должны  пересекаться  в  одной точке,  за  исключением  тех  случаев,  когда  расцентровка  предусмотрена расчетом.  В сварных  конструкциях  с вычерченными  осями  совмещают  оси  элементов,  проходящие   через   центры   тяжести   их   поперечных  сечений.   Привязку  z (рис. 15.1,а),  принятую по сортаменту,   округляют  до  размеров  кратных  5 мм.

Рис. 15.1. Узлы на фасонках:

а – типичный узел фермы на фасонках;

б – узел с изменением сечения пояса;

в – крепление стойки к поясу

Если  элементы  в  узлах  крепятся  болтами,  то  по  вычерченным  осям  располагают  риски  для  болтов.  При  выполнении  пояса  из  двух  калибров  уголков  (с изменением сечения)  привязка  оси  пояса z принимается равной 0,5(z₁+z₂),  где    и   -  привязки  по  сортаменту  для  каждого  из калибров  (рис. 15.1,б).  В этом  случае  имеет  место  расцентровка  для  обоих  уголков,  однако,  если  величина  ее  не  превышает 1,5 %  высоты  сечения  стержня,  в  расчете  она  не  учитывается.  В противном  случае в проверках  прочности  и  устойчивости  необходимо  учесть  возникающие  в  результате  расцентровки  изгибающие  моменты.

Основные требования при конструировании узлов

Узлы можно классифицировать по ряду признаков, в том числе по наличию или отсутствию в них соединительных элементов - фасонок.

Фасонки в фермах испытывают сложное напряженное состояние и являются наиболее уязвимыми элементами. Именно в них чаще всего появляются трещины, особенно при низких температурах. Кроме того, использование фасонок приводит к увеличению расхода металла и трудозатрат, связанных с изготовлением фермы.

Непосредственное, бесфасоночное крепление стержней друг к другу устраняет вышеуказанные недостатки и делает ферму более жесткой.

Рассмотрим конструирование типичного узла фермы с фасонками

(рис. 15.1,а). После вычерчивания осей стержней, сходящихся в узле, на чертеж наносятся контурные линии стержней в соответствии с назначенной привязкой. Обрезку уголков решетки следует производить перпендикулярно оси, не доводя концы стержней до пояса на расстояние  (мм), для снижения концентрации напряжений в зоне сварки. В тех же целях между торцами стыкуемых элементов пояса, перекрываемых накладками, следует предусматривать зазор не менее 50 мм (рис. 15.1,б).

Далее наносятся габариты сварных швов, установленных расчетом. Швы отмеряются от торца стержня. Чтобы уменьшить концентрацию  напряжений  в  конце шва, рекомендуется завести его на торец на 20 мм. Габариты фасонок устанавливаются по концам швов. Желательно, чтобы фасонки были возможно более простой формы.

Поскольку фасонка передает усилие с одного стержня на другой, каждое ее сечение должно быть прочным и способным воспринять соответствующий силовой поток. Для определения толщины фасонки рекомендуется эмпирическая формула:

                                       ,(15.1)

где N - наибольшее усилие в стержне фермы, кН.

Обычно принимается одна толщина для всех фасонок фермы, за исключением опорной, которая может быть на 2 мм толще.

Для уменьшения концентрации напряжений и более плавной передачи усилия угол обреза фасонки с направлением стержня   не рекомендуется принимать меньше 15⁰.

Бесфасоночные узлы могут применяться как для ферм с открытым сечением стержней, так и для ферм из замкнутых профилей.

В фермах с поясами из тавров решетка может быть выполнена из одиночных уголков. Это позволяет прикреплять уголки на стенку тавра с двух сторон, что обеспечивает ряд преимуществ, в том числе сокращение трудозатрат при изготовлении и центровку узлов (рис. 15.2,а).

Бесфасоночные узлы ферм из замкнутых профилей дают довольно жесткое сопряжение стержней, однако весьма трудоемки в исполнении. В трубчатых фермах узел представляет собой пересечение нескольких цилиндрических поверхностей (рис. 15.2,б,в). Трубы по линиям касания свариваются. Такой узел требует высокой точности в работе, что усложняет и затрудняет изготовление фермы.

Рис. 15.2. Бесфасоночные узлы ферм:

а – узел фермы с поясами из тавра; б, в – узлы ферм из круглых труб;

г – узел фермы из гнуто-сварных профилей

Однако при обеспечении достаточно высокого уровня автоматизации процесса изготовления эти фермы получаются экономичнее ферм с узлами на фасонках.

Значительно проще решаются узлы из гнуто-сварных прямоугольных труб (рис. 15.2,г). Для предотвращения продавливания стенки пояса в месте примыкания к нему раскоса или стойки желательно, чтобы ширина сечения их была близка к ширине сечения пояса.

Соединение трубчатых стержней в узлах фермы должно обеспечивать прочность узла и герметичность торцов труб, чтобы предотвратить возникновение коррозии фермы с внутренней стороны полых элементов.

Вследствие ограниченности транспортных габаритов фермы больших пролетов приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета, что дает возможность сделать обе отправочные единицы одинаковыми.

При конструировании монтажных стыков (укрупнительных узлов) необходимо помнить основное правило стыка: площадь сечения стыковых элементов (накладок) должна быть не меньше площади сечения стыкуемых элементов.