Проверка узлов стропильных ферм с поясами из двутавра

Иван Гордиенко
Опубликовано Обновлено

В практике проектирования часто встречаются металлические фермы, в которых пояса выполняются из двутавра, а решетка — из гнутосварного профиля.

Какие проверки нужно сделать для узла примыкания решетки из профильной трубы к поясу из двутавра? Нужно ли ставить наклонные планки усиления?

Ниже рассмотрим пошаговый алгоритм проверки такого узла фермы аналитическим методом.

Нормативная база

Совокупность проверок, которые необходимо выполнить при проектировании узлов ферм с непосредственным примыканием решетки к двутавровым поясам, описана в разделе 15.2. СП 294.1325800 «Конструкции стальные. Правила проектирования».

Исторически основой для этого СП было «Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*)», выпущенное в 1989 году. Формулировки в нём несколько отличаются от актуальной редакции свода правил, но описаны все те же проверки.

В основу упомянутого пособия легли более ранние «Рекомендации по проектированию стальных ферм с поясами из широкополочных двутавров и решёткой из гнутосварных профилей» (1988 г.). В этом документе рассматриваются только узлы, усиленные наклонными планками.

Проверка узла по СП 294.1325800

В первую очередь нужно понять, следует ли ставить наклонные планки усиления, чтобы подкрепить узел.

Мы подробно разобрали, в каких случаях наклонные планки действительно необходимы, а когда можно обойтись без них, в отдельной статье

1. Согласно п. 15.2 СП 294.1325800 неподкрепленные узлы ферм с поясами из двутавра следует проверять на:

  • отгиб участка полки пояса, контактирующей с элементом решетки[2];
  • несущую способность участка стенки пояса, соответствующего сжатому элементу решетки[3.1];
  • несущую способность поперечного сечения пояса[4];
  • несущую способность элемента решетки в зоне примыкания к поясу[1];
  • прочность сварных швов прикрепления элемента решетки к поясу[6].

Неподкрепленный узел фермы Рисунок 1 — Неподкрепленный узел фермы

2. Если узел подкреплен наклонными планками, необходимо выполнить проверки на:

  • несущую способность участка стенки пояса, соответствующего сжатому элементу решетки[3.2];
  • несущую способность наклонных планок[5];
  • прочность сварных швов прикрепления элемента решетки к поясу[6].

Подкрепленный узел фермы Рисунок 2 — Подкрепленный узел фермы

Алгоритм проверки

1. Несущая способность элемента решетки в зоне примыкания к поясу


*только для неподкрепленных узлов

Стоит начать именно с этой проверки, ведь она определяет необходимость постановки наклонных планок усиления, а от этого зависит ход дальнейшей проверки узла.


* Во многих случаях от наклонных планок усиления можно и нужно отказываться — если грамотно подобрать параметры соединения. Подробности — в отдельной статье.

Проверка выполняется по формуле (109):

\frac{N \left(1 + \xi \cdot \frac{d}{t} \right)}{\gamma_c \cdot \gamma_d \cdot R_{yd} \cdot A_d} \leq 1

Условные обозначения:
N — усилие в элементе решетки;
ξ — коэффициент, равный для элементов прямоугольного гнутосварного профиля в узлах:
а) К-образного типа — 0,14;
б) опорных — 0,06;
в) Т-образного типа — 0,10;
d — размер сечения элемента решетки;
t — толщина полки двутавра;
γ с — коэффициент условия работы, принимаемый по СП 16.13330;
γ d — коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе, принимаемый равным 1,2 при растяжении и 1,0 при сжатии;
R yd — расчетное сопротивление стали элемента решетки;
A d — площадь поперечного сечения элемента решетки.

Если проверка проходит:

  • усиление наклонными планками не требуется.

Если проверка не проходит (по степени влияния):

  • повысить несущую способность узла за счет:
    • повышения класса прочности стали и увеличения сечения элемента решетки;
    • увеличения толщины полки двутавра пояса;
    • увеличения поперечной площади элемента решетки.
  • подкрепить полку двутавра наклонными планками.

2. Проверка на отгиб участка полки пояса, контактирующей с элементом решетки


*только для неподкрепленных узлов

Проверка выполняется по формулам (102) - (105). Для наиболее распространенного случая (решетка из квадратных гнутосварных профилей) проверка осуществляется по формуле (104):

|N|+\frac{|M|}{d_{b}}\leq \gamma_{b}(3\gamma_{D}\frac{R_{y}t^{2}D}{d\sin\alpha}+R_{yd}t_{d}d)

Условные обозначения:
N — усилие в элементе решетки;
М — изгибающий момент в примыкающем элементе в плоскости узла в сечении, совпадающем с примыкающей полкой пояса;
γ D — коэффициент, равный (1,5 - σ/R y), если пояс сжат при σ/R>0,5, в остальных случаях — 1;
σ — продольное напряжение в панели пояса со стороны растянутого раскоса;
R y — расчетное сопротивление стали пояса;
t — толщина полки двутавра;
t d — толщина стенки трубы;
α — угол между осями пояса и элемента решетки;
d b, d — размеры сечения элемента решетки;
D — высота сечения пояса.

Если проверка не проходит (по степени влияния):

  • повысить несущую способность узла за счет:
    • повышения класса прочности стали двутавра;
    • увеличения толщины полки двутавра;
    • увеличения поперечного сечения элемента решетки.
  • подкрепить полку двутавра наклонными планками.

3. Несущая способность участка стенки пояса, соответствующего сжатому элементу решетки

1. Для неподкрепленного узла проверка выполняется по формулам (106) - (107). При решетке из гнутосварного профиля проверка по формуле (106):

\frac{N \sin \alpha}{10 \gamma_c \gamma_D R_y t_w (t + t_d)} \leq 1

Условные обозначения:
t w — толщина стенки двутавра.

Если проверка не проходит (по степени влияния):

  • повысить несущую способность узла за счет:
    • повышения класса прочности стали двутавра;
    • увеличения сечения двутавра;
    • увеличения поперечного сечения элемента решетки.
  • подкрепить полку двутавра наклонными планками.

2. Для узла, усиленного наклонными планками, проверка выполняется по формуле (110):

\frac{|N| + |M|}{d_b} \leq \frac{2 \gamma_c \gamma_d \gamma_D R_y t_w d}{\sin \alpha}

Если проверка не проходит (по степени влияния):

  • повысить класс прочности стали двутавра;
  • увеличить поперечное сечение элемента решетки;
  • увеличить толщину стенки двутавра.

4. Несущая способность поперечного сечения пояса


*только для неподкрепленных узлов

Проверка выполняется по формуле (108):

\frac{Q}{\gamma_c R_s \left[ A - (2 - \chi) D t + (t_w + 2r)t \right]} \leq 1

Условные обозначения:
Q — поперечная сила в узле, равная меньшему из произведений N \sin \alpha;
R s — расчетное сопротивление сдвигу стали пояса;
r — радиус закругления профиля пояса;
\chi = \frac{1}{\sqrt{1 + 16 \left( \frac{g^2}{3 t^2} \right)}}
g — расстояние между носками элементов решетки.

Если проверка не проходит (по степени влияния):

  • повысить несущую способность узла за счет:
    • повышения класса прочности стали двутавра;
    • увеличения сечения двутавра;
  • подкрепить полку двутавра наклонными планками.

5. Несущая способность наклонных планок


*только для неподкрепленных узлов

Согласно СП 294.1325800, действующая на планки сила определяется как разность между усилием в элементе решетки N и несущей способностью элемента, вычисленной в соответствии с формулой (109).

Соответственно, несущая способность планок определяется по формуле:

\frac{\sin \alpha}{2 \sin \beta} \cdot \frac{N - \dfrac{\gamma_c \gamma_d R_{yd} A d}{1 + \xi \dfrac{d}{t}}}{R_{y\text{пл}} \gamma_c t_{\text{пл}} a} < 1

Условные обозначения:
β — угол между осью наклонной планки и полкой двутавра (на рис. 2 обозначен как 50-75°);
t пл — толщина наклонной планки;
R yпл — расчетное сопротивление стали планок усиления;
а — половина длины планки усиления (рис. 2).

Правильно выполненный расчет узлов фермы позволяет избежать избыточных конструктивных решений и оптимизировать массу конструкции.

6. Прочность сварных швов прикрепления элемента решетки к поясу

Проверка швов для К-образных и опорных узлов выполняется по формуле (91):

\left( N + \frac{0{,}5M}{d_b} \right) \cdot \frac{(1{,}06 + 0{,}014 \frac{D}{t}) \sin \alpha}{\beta_f k_f \gamma_c R_{wf} \left( \frac{2d_b}{\sin \alpha} + d \right)} \leq 1

Условные обозначения:
k f — катет сварного шва;
β f — коэффициент для расчета углового шва по металлу шва;
R wf — расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва.

Проверка швов для У, Х-образных узлов выполняется по формуле (92):

\left( N + \frac{0{,}5M}{d_b} \right) \cdot \frac{\left[ 1 + 0{,}01 \left( 3 + 5 \frac{d}{D} - 0{,}1 \frac{d_b}{t_d} \right) \frac{D}{t} \right] \sin \alpha} {4 \beta_f k_f d_b \gamma_c R_{wf}} \leq 1

Выводы

В СП 294.1325800 описана методика проверки неподкрепленных узлов примыкания решетки из гнутосварного профиля к поясу из двутавра. Важно проверять узел при условии отсутствия наклонных планок, это позволяет избежать избыточного усиления и, как следствие, снизить трудозатраты и время изготовления узлов.

При этом проверку узлов примыкания решётки к поясу из двутавра необязательно проводить строго по СП 294.1325800. Существуют и альтернативные подходы:

  • моделирование узла компонентным методом конечных элементов (КМКЭ);
  • проверка по методикам, описанным в иностранных нормах.

Подробнее эти способы проверки рассмотрели в статье:

Скрыть навигацию
Была ли статья полезна?
(0)
(0)
Не нашли ответ на свой вопрос?
Напишите нам. Наши инженеры готовы обсудить задачу и дать профессиональную консультацию
Написать на почту
На сайте используются cookie-файлы, которые помогают показывать Вам самую актуальную информацию. Продолжая пользоваться сайтом, Вы даете согласие на использование ваших метаданных и Cookie-файлов.
Чат-бот