Расчет и конструирование узловых соединений

Опорный узел (см. графическую часть).

Расчетные усилия:

N_АБ = 20830 кг,

N_АГ = 19568 кг,

R_А = 8416 кг.

Требуемая длина горизонтальной площадки опирания из условия смятия обвязочного бруса поперек волокон при:

 

определяется по формуле

 

Принимаем l_гор =18 см.

Для создания горизонтальной опорной площадки используем подушку сечением 200 х 200 мм длиной 550 мм со стеской горизонтальной площадки 180 мм. Подушка врезается в брус верхнего пояса на глубину 90 мм, что обеспечивает требуемый эксцентриситет и достаточную площадь смятия торца 9 см >h_см = 8,26 см.

Проверяем длину подушки по скалыванию вдоль ее длины:

 

 

где – расчетное сопротивление древесины скалыванию.

Подушка крепится к брусу двумя парами болтов d = 18 мм.

Нижний пояс присоединяется к опорному узлу траверсой, сваренной из швеллера №10 со стенкой, усиленной листом толщиной 10 мм, и листа размером 20х160 мм. Ширина листа обеспечивает требуемый размер высоты площадки смятия торца верхнего пояса (подушки), равный h_см = 8,26 см. Траверса рассчитывается на изгиб с расчетным пролетом, равным расстоянию между ветвями нижнего пояса l_тр = 20 + 2 (3,2 + 1,4) = 30 см.

Расчетный момент:

 

 

Геометрические характеристики сечения:

– площадь сечения:

F = 10+ 10,9 + 32 = 52,9 см²;

– положение центра тяжести:

 

 

– момент инерции сечения:

J = 22,4 + 20,9·2,98² + 32·2,02² = 337,4 см⁴ (22,4 см⁴ – момент инерции швеллера с листом);

– минимальный момент сопротивления:

 

 

Нормальные напряжения:

 

 

где R_y = 3300 кг/см² – расчетное сопротивление стали 09Г2С изгибу по пределу текучести.

Проверяем на изгиб лист траверсы при давлении от усилия в нижнем поясе:

 

 

где 16 см – длина листа траверсы.

Изгибающий момент для полосы среднего участка шириной 1 см при пролете 10 см и защемленных концах:

 

 

то же, для консольного участка вылетом 1_к = 3 см:

 

 

Требуемая толщина плиты:

 

 

принимаем 10 мм.

Рассчитываем сварные швы для крепления швеллера к листу. Длина траверсы 40 см. Требуемая высота шва:

 

 

принимаем швы максимально возможной высоты h_шв = 5 мм.

Крепление фермы к обвязочному брусу производится болтами d = 18 мм с помощью уголков 80х80x8 мм.

Узел нижнего пояса (см. графическую часть).

Расчетные усилия:

N_АГ = 19 568 кг;

N_ГГ’ = 12 540 кг;

N_БГ = 3 998 кг.

Фасонки вузле выполнены из листовой стали д = 10 мм с отверстиями для точеных валиков. Элементы нижнего пояса и раскос крепятся в узле с помощью петель, диаметры которых рассчитаны выше.

Расчетный пролет валиков:

l_в = 2,8 + 10 = 3,8 см.

Расчетный момент в валиках для крепления горизонтальных тяжей (по максимальному усилию):

 

 

Требуемый диаметр валиков:

 

 

Принимаем d_в = 42 мм.

Проверяем принятый диаметр валика:

– на срез:

 

 

где R_bs – расчетное сопротивление металла валика срезу;

– на смятие фасонки:

 

 

где R_lp – расчетное сопротивление проката смятию в цилиндрических шарнирах.

Аналогично подбираем валик d = 24 мм для крепления раскоса.

Наименьшая ширина фасонок в месте ослабления отверстиями:

 

 

Принимаем по конструктивным соображениям:

 

 

Принимаем

Минимальная длина сварных швов h_ш = 8 мм для крепления петель к тяжам из двух круглых стержней:

принимаем l_шв = 10 см.

Так как в стойке возникают только сжимающие усилия, упираем ее в уголок 125х90х8 мм, приваренный к фасонкам, и крепим двумя болтами d =12 мм.

Промежуточный узел верхнего пояса (см. графическую часть).

Усилия от одного элемента верхнего пояса на другой передаются лобовым упором торцов через площадки смятия, высота которых h_тр = h – 2·е = 25 – 2·e = 9 см, что превышает требуемую. Стык в узле перекрывается двумя деревянными накладками сечением 150х75 мм длиной 72 см на болтах d = 12 мм, которые обеспечивают жесткость узла из плоскости.

Усилие от стойки передается на верхний пояс через торец упором. Накладки из брусков сечением 75х200 мм длиной 520 мм и болты d = 10 мм принимаются конструктивно.

Коньковый узел (см. графическую часть).

Расчетные усилия:

N_БГ = 19 482 кг,

N_ГВ = 7784 кг.

Усилия от одного элемента на другой передаются лобовым упором через дубовый вкладыш сечением 100х100 мм длиной 200 мм. Размеры дубового вкладыша принимаются таким образом, чтобы конструкция узла обеспечивала требуемый размер площадок смятия торца вкладыша – 100 мм > 88,3 мм, пересечение линий действия усилий во всех элементах в одной точке с расчетным эксцентриситетом е = 80 мм и размещение траверс для крепления раскосов.

Траверсы устраиваются из швеллера №8 со стенкой, усиленной листом толщиной 8 мм, и листа размером 10х100 мм. Расчет их с определением геометрических характеристик сечения производится так же, как траверсы в опорном узле. Расчетный изгибающий момент в траверсе:

 

 

Геометрические характеристики сечения:

– площадь сечения:

F = 4 + 8,98 + 10 = 23 см²;

– положение центра тяжести:

 

 

– момент инерции сечения:

J = 12,8 + 13·1,17² + 10·1,52² = 53,8 см⁴,

где 12,8 см⁴ – момент инерции швеллера с листом;

– минимальный момент сопротивления:

 

 

Нормальные напряжения:

 

 

Проверяем на изгиб лист траверсы при давлении:

 

 

где 10 см – длина листа траверсы.

Принимая концы защемленными, определяем изгибающий момент в полосе шириной 1 см среднего участка при пролете 8 см по формуле:

 

 

Требуемая толщина листа:

 

принимаем d = 8 мм.

 

Швеллер и лист свариваются между собой (шов h = 5 мм).

Лист имеет корытообразную форму и является общим для обеих траверс. К нему двумя болтами d = 12 мм крепится дубовый вкладыш и вертикальная подвеска из круглого стержня d =12 мм.

По аналогии с опорным узлом в коньковом узле используем подушки сечением 200х240 мм длиной 550 мм с врезкой их в брусья верхнего пояса на глубину 90 мм. Лист траверсы – шириной 100 мм обеспечивает необходимый размер площадки смятия торца подушки – 100 мм > h_см = 88,3 мм.

Для укладки щитов покрытия по коньку с обеих сторон верхнего пояса выпускаются парные накладки сечением 75х100 мм длиной 650 мм с врезкой друг в друга в коньке в полтолщины с прокладкой между ними. Накладки крепятся к брусьям верхнего пояса болтами d = 16 мм и вместе с корытообразным листом траверсы обеспечивают жесткость узла из плоскости фермы.

Защита от загнивания

 

Защитная обработка и конструктивные меры защиты древесины предусматривают сохранность конструкций при транспортировании, хранении и монтаже, а также увеличивают их долговечность в процессе эксплуатации.

Конструктивные меры обеспечивают предохранение древесины от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, грунтовыми и талыми водами, промерзания, капиллярного и конденсационного увлажнения.

Деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра о возобновления защитной обработки. Опорные части несущих элементов должны быть не только антисептированы, но и защищены тепло- и водоизоляционными материалами.

При эксплуатации несущих конструкций в условиях, где возможно выпадение конденсата на металлических поверхностях, следует принимать меры по предохранению древесины от увлажнения в местах контакта с металлом. Для этой цели до постановки металлических деталей на место поверхности, контактирующие с древесиной, рекомендуется промазывать мастикой («Изол», «Вента», «Лило», Гиссар-1 (ТУ 21–27–89–90), тиоколовой и др.) таким образом, чтобы при постановке на место детали плотно прилегали к древесине, а мастика, выдавливаясь, хорошо заполняла зазоры между металлами, древесиной, при постановке крепежных деталей (уголков, болтов, и т.п.). Вместо мастик можно использовать прокладки из рулонных гидроизоляционных материалов (изола, стеклорубероида, гидроизола и др.), эластичные прокладки и уплотнительные ленты.

Для защиты несущих и ограждающих конструкций от увлажнения должны применяться лакокрасочные материалы, тиоколовые мастики и составы на основе эпоксидных смол.

Химическая защита заключается в пропитке их ядовитыми для грибов веществами – антисептиками Они разделяются на две группы, водорастворимые (неорганические) и маслянистые (органические).

Водорастворимые: фтористый натрий, крем нефтористый натрий, а также КФ А, ТФБА, ББ-32, ХМБ-444, МБ-1, ХМ-3324. Маслянистые: каменноугольные, сланцевые масла, древесный деготь и т.д.

Таблица 5. Тактика защитной обработки конструкций

Условия эксплуатации по [1]	Обрабатываемая поверхность	Способ обработки	Защитные составы
	Поверхность несущих элементов	Нанесение влагозащитного лакокрасочного	Пентафелевая эмаль ПФ-115. Алкидно-карбамидная эмаль МИ-181, Уретаново-алкидная эмаль УРФ №1128
А2, A3, БЗ	Места соприкасания несущих деревянных элементов с бетоном, камнем, металлом	Нанесение тиоколовых мастик или герметиков с последующей гидроизоляцией рулонным материалом	Гиоколовая мастика АМ-05; тиоколовые герметики У-30М, УТ-32
	Деревянные прокладки и другие несущие элементы, соприкасающиеся с бетоном, камнем, металлом	Пропитка в холодных ваннах с предварительным нагреванием и последующей гидроизоляцией рулонным материалом, допускается нанесение паст с последующей гидроизоляцией рулонным материалом	Фтористый натрий технический. Паста марки 200
А2, A3, БЗ	Поверхность дощатой или фанерной обшивки панелей стен, покрытий и подвесного потолка внутри помещений	Нанесение влагозащитного лакокрасочного покрытия	Пентафталевая эмаль ПФ-115, алкидно-карбимидная эмаль МИ-181, уретаново-алкидная эмаль УРФ-1128
A3, БЗ	Наружная поверхность дощатой или фанерной обшивки панелей стен, подвергающаяся атмосферному воздействию	То же	Пентафталевая эмаль ПФ-115, перхлорвиниловая эмаль ХВ-5169, поливинилхлорид-ная эмаль ХВ-110, ХВ-1100, ХВ-124, УРФ-1128
А2, A3, БЗ	Внутренняя поверхность дощатой или фанерной обшивки стен, покрытий и подвесного потолка, а также наружная поверхность дощатой или фанерной обшивки панелей под рулонным ковром.	Поверхностная обработка	Тетрафторсорбат аммония, состав ДСК-И с кремний-фтористым аммонием ХБМ-444

Защита от возгорания

 

Рекомендуется устраивать подвесной потолок или экран из несгораемых или трудносгораемых материалов, так как у фермы нижний пояс – металлический.

Для повышения огнестойкости ограждающих конструкций рекомендуется использовать обшивки и утеплители из несгораемых или трудносгораемых материалов.

Для защиты конструкций от возгорания рекомендуется применить пропиточные и окрасочные составы.

Для глубокой пропитки древесины рекомендуются водорастворимые огнезащитные составы МС 1:1, МС 3:7, ББ-11, МБ-1. Для поверхностной огнезащитной пропитки рекомендуются составы МС и ПП. Обработанная указанными составами древесина относится к группе трудновоспламеняемых материалов.

В качестве огнезащитных покрытий для защиты древесины от возгорания рекомендуются покрытия на основе перхлорвиниловой эмали ХВ-5169, фосфатное ОФП-9, вспучивающееся ВПД.