45.Особенности расчета и конструирования рам

Особое место в конструкции поперечной рамы металлического каркаса здания занимает узел соединения сквозного ригеля—фермы с колонной, которые осуществляют в монтажных условиях и Поэтому он должен быть по возможности простым. Ригель можно крепить к колонне на болтах грубой точности, работающих на растяжение; в этом случае опорное давление фермы передается на специальный столик колонны через опорный фланец узла фермы. Толщину опорного фланца принимают обычно не менее 20 мм. Нижний край фланца должен выступать на 15...20 мм ниже фасовки фермы, что обеспечивает центральную передачу опорного трения фермы на опорный лист.

Опорный столик изготовляют из толстого стального листа. Для лучшей фиксации передачи опорного давления фермы на колонну торцы опорного фланца фермы и опорного листа пристрагивают. Центрирование стержней фермы в опорном узле производят на внутренней грани колонны.

Изгибающий опорный момент рамы М_о заменяют эквивалентной парой сил А'. При отрицательном моменте на растяжение работают верхние болты, при положительном—нижние. Для верхнего узла фермы центр тяжести болтового соединения совмещается с осью приложения растягивающей силы N. В этом случае число болтов необходимое для крепления узла фермы к колонне,

n=N/((π*d₀²/4)*R_bt)

где d₀ — диаметр болта (по резьбе);

R_bt — расчетное сопротивление болта грубой (или нормальной) точности на растяжение.

Вертикальные швы, прикрепляющие фасонку верхнего пояса к торцовому фланцу, рассчитывают на срез (по металлу шва):

∑l_ω≥N/(β_f*k_f*R_ωf*γ_c

Где ∑l_ω - суммарная длина двух вертикальных швов.

В нижнем опорном yзле болты располагают обычно несимметрично относительна оси действия силы N, поскольку развитие фасовки узла вниз стеснено габаритами мостового крана.

Распределение усилий в болтах внецентренно растянутого фланцевого соединения нижнего узла, вызванных моментов Ne условно принимают по треугольнику, что соответствует повороту торцового опорного листа вокруг центра крайнего верхнего ряда болтов, а силу N считают приложенной в центре болтового соединения и распределенной равномерно на все болты.

Вертикальные швы прикрепляющие опорный фланец к узловой фасонке, рассчитывают на действие вертикального опорного давления фермы V, горизонтальной силы N от наибольшего опорного момента и изгибающего момента Ne в узле, вызванного внецентренным приложением силы N относительно центра тяжести швов.Касательные и нормальные напряжения по металлу шва определяют по формулам

τ=V/( β_f*k_f* l_ω)

σ=N/ (β_f*k_f* l_ω) + 6Ne/( β_f*k_f* l_ω²)

где k_f, l_ω — соответственно катет и длина сварного шва, прикрепляющего фасонку к опорному фланцу.

Прочность сварного соединения обеспечена, если равнодействующее напряжение в швах не выше расчетного сопротивления срезу угловых швов при расчете по металлу шва:

√(τ²+σ²)≤ R_ωf*γ_c

Опорный фланец рассчитывают как балочную плиту, защемленную между двумя рядами болтов и нагруженную сосредоточенной силой N. Максимальный изгибающий момент в плите, как в защемленной балке пролетом b,

M=N*b/8.

Условие прочности

M^WR_uy_c,

где Ry — расчетное сопротивление металла опорного фланца; W=l*t²/6 — момент сопротивления опорного листа (l и t — длина и толщина фланца). Сварные соединения ригелей-ферм с колоннами применяют в производственных зданиях с тяжелым режимом работы кранов. При монтаже фермы опорную фасонку, пристроганную снизу, устанавливают на опорный столик и крепят к вертикальному ребру колонны. С другой стороны на болтах ставят второе ребро и приваривают его к полке колонны. После этого ребра приваривают к фасонке вертикальными швами. Прикрепление опорных узлов болтовых ферм к колоннам принципиально не отличается от таких же узлов, выполненных на сварке, Опорное давление передается на опорный столик через вертикальные болты, соединяющие фасонку с вертикальными уголками — коротышами. Опорный раскос центрируют на болтовую риску уголков.

Для поясов рекомендуются широкополочные тавры, а для решетки — парные уголки. Для поясов ферм марка стали по прочности принимается выше, чем у остальных элементов. Фермы с поясами тавров и решеткой из парных уголков на 12...15% легче фей выполненных целиком из парных уголков. Снижение массы достигается не только за счет экономичности верхнего пояса из таври сравнении с уголками, но и благодаря существенному уменьшению размеров узловых фасонок, а также отсутствию прокладок в узлах. Трудоемкость изготовления уменьшается на 15...20%. 1 более экономичными фермы из тавров получаются в случаях, когда отсутствуют фасонки и решетка выполняется из перекрестных и ков, сходящихся не более двух в узле. При этом получаются значительно меньшие усилия в решетке. При устройстве узлов стыковые швы фасонок в сопряжении со стенкой поясных тавров заваривают полностью по всей длине сопряжения со стороны разделенной кромки, а с противоположной стороны подваривают корень стыкового мша на участках, свободных от уголков раскосов

Ригели и стойки сплошных рам конструируют, как правило, из прокатных или сварных двутавров. Высота сплошного ригеля обычных кровельных покрытий постоянна на протяжении всего пролета и составляет около 1/18…1/25 пролета. Изменения сечения ригеля по ширине в соответствии с измерением изгибающего момента в пролете достигают за счет изменения площади сечения поясных листов.

В рамных конструкциях коробчатого сечения для производственных зданий основным элементом каркаса могут служить рамы замкнутого коробчатого сечения, образованного двумя швеллерами, соединенными по бокам листами с двумя продольными гофрами в каждом. Швеллеры соединяются с листами сваркой, Монтажные стыки рамы расположены в карнизных и коньковых узлах и выполнены на фланцах и соединены высокопрочными болтами. Чтобы обеспечить работу коробчатых сечений на поперечный изгиб, гофрированные листы подкреплены приваренными к ним поперечными ребрами.