Расчёт и изготовление металлической фермы для навеса

Общая методология расчёта

Фермы используют там, где использовать цельную опорную балку нецелесообразно. Эти конструкции отличаются наименьшей пространственной плотностью, при всем этом сохраняют устойчивость принимать воздействия без деформаций благодаря правильному расположению деталей.

Конструкционно ферма состоит из наружного пояса и заполняющих частей. Сущность работы таковой решётки достаточно ординарна: так как каждый горизонтальный (условно) элемент не может выдержать полную нагрузку ввиду недостаточно огромного сечения, два элемента размещаются на оси головного воздействия (силы тяжести) таким макаром, чтоб расстояние меж ними обеспечивало довольно огромное сечение поперечного среза всей конструкции. Ещё проще можно разъяснить так: исходя из убеждений восприятия нагрузок ферму рассматривают так, как будто она выполнена из цельного материала, при всем этом наполнение обеспечивает достаточную крепкость, исходя только из расчётного приложенного веса.

Конструкция фермы из профильной трубы: 1 — нижний пояс; 2 — раскосы; 3 — стойки; 4 — боковой пояс; 5 — верхний пояс

Таковой подход очень прост и часто его с лихвой хватает для сооружения обычных металлоконструкций, но материалоёмкость при грубом расчёте выходит очень высочайшей. Более подробное рассмотрение действующих воздействий помогает понизить расход металла в 2 и поболее раз, таковой подход и будет более полезным для нашей задачки — сконструировать лёгкую и довольно жёсткую ферму, а позже собрать её.

Главные профили ферм для навеса: 1 — трапециевидный; 2 — с параллельными поясами; 3 — треугольный; 4 — арочный

Начать следует с определения общей конфигурации фермы. Обычно она имеет треугольный либо трапециевидный профиль. Нижний элемент пояса располагают в большей степени горизонтально, верхний — под наклоном, обеспечивающим верный уклон кровельной системы. Сечение и крепкость частей пояса при всем этом следует выбирать близкими к таким, чтоб конструкция могла поддерживать собственный свой вес при имеющейся системе опоры. Дальше делается добавление вертикальных перемычек и косых связей в случайном количестве. Конструкцию необходимо показать на наброске для визуализации механики взаимодействия, указав реальные размеры всех частей. Дальше в дело вступает её величество Физика.

Определение сочетанных воздействий и реакции опоры

Из раздела статики школьного курса механики мы возьмём два главных уравнения: равновесия сил и моментов. Их мы будем использовать, чтоб вычислить реакцию опор, на которые положена опора. Для простоты вычислений опоры будем считать шарнирными, другими словами не имеющими жёстких связей (заделки) в точке касания с опорой.

Пример железной фермы: 1 — ферма; 2 — балки обрешётки; 3 — кровельное покрытие

На наброске необходимо за ранее отметить шаг обрешётки системы кровли, ведь конкретно в этих местах должны находиться точки сосредоточения приложенной нагрузки. Обычно конкретно в точках приложения нагрузки и располагаются узлы схождения раскосов, так проще выполнить расчёт нагрузки. Зная общий вес кровли и число ферм в навесе, несложно вычислить нагрузку на одну ферму, а фактор равномерности покрытия обусловит, равны ли будут приложенные силы в точках сосредоточения, либо же они будут отличаться. Последнее, к слову, может быть, если в определённой части навеса один материал покрытия сменяется другим, имеется проходной трап либо, к примеру, зона с неравномерно распределённой снеговой нагрузкой. Также воздействие на различные точки фермы будет неравномерным, если её верхняя опора имеет скругление, в данном случае точки приложения силы необходимо соединить отрезками и рассматривать дугу как ломанную линию.

Когда все действующие усилия проставлены на наброске фермы, приступаем к вычислению реакции опоры. Относительно каждой из их ферму можно представить не по другому как рычаг с соответственной суммой воздействий на него. Чтоб вычислить момент силы в точке опоры, необходимо помножить нагрузку на каждую точку в килограммах на длину плеча приложения этой нагрузки в метрах. 1-ое уравнение говорит, что сумма воздействий в каждой точке и приравнивается реакции опоры:

2-ое уравнение определяет равновесность: сумма реакций 2-ух опор будет в точности равна приложенному весу, другими словами зная реакцию одной опоры, можно просто отыскать значение для другой:

Но не ошибитесь: тут также действует правило рычага, потому если ферма имеет значимый вынос за одну из опор, то и нагрузка в этом месте будет выше пропорционально разнице расстояний от центра тяжести до опор.

Дифференциальный расчёт усилий

Перебегаем от общего к личному: сейчас нужно установить количественное значение усилий, действующих на каждый элемент фермы. Для этого перечисляем каждый отрезок пояса и заполняющие вставки перечнем, потом любой из их рассматриваем как равновесную плоскую систему.

Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям частей. Всё, что необходимо для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы меж ними.

Начинать необходимо с того узла, для которого в процессе вычисления реакции опоры было установлено очень вероятное число узнаваемых величин. Начнём с последнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него говорит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но обратной по знаку. Отметим, что приобретенное значение — только часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.

Узел b

Дальше перейдём к последнему нижнему угловому узлу, в каком сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в прошлом пт — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, рассчитывается по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, потом «незапятнанный» итог делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только-только полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на последний горизонтальный сектор пояса.

Узел a

Таким макаром, поочередно переходя от узла к узлу, нужно вычислить действующие в каждом из их силы. Направьте внимание, что встречно направленные векторы воздействий сжимают стержень и напротив — растягивают его, если ориентированы обратно друг от друга.

Определение сечения элементов

Когда для фермы известны все действующие нагрузки, пора определяться с сечением частей. Оно не непременно должно быть равным для всех деталей: пояс обычно делают из проката более большого сечения, чем детали наполнения. Так обеспечивается припас надёжности конструкции.

где: Fтр — площадь поперечного сечения растянутой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; Ry — расчётное сопротивление материала; γс — коэффициент критерий работы.

Если с разрывающими нагрузками для железных деталей всё относительно просто, то расчёт сжатых стержней делается не на крепкость, а на устойчивость, потому что итоговый итог количественно меньше и, соответственно, считается критичным значением. Высчитать можно на онлайн-калькуляторе, а можно и вручную, за ранее определив коэффициент приведения длины, определяющий, на какой части общей протяжённости стержень способен изгибаться. Этот коэффициент находится в зависимости от способа крепления краёв стержня: для торцевой сварки это единица, а при наличии «совершенно» жёстких косынок может приближаться к 0,5.

где: Fтр — площадь поперечного сечения сжатой детали; N — усилие от расчётных нагрузок; φ — коэффициент продольного извива сжатых частей (определяется по таблице); Ry — расчётное сопротивление материала; γс — коэффициент критерий работы.

Также необходимо знать малый радиус инерции, определяемый как квадратный корень из личного от деления осевого момента инерции на площадь сечения. Осевой момент определяется формой и симметрией сечения, лучше взять это значение из таблицы.

где: ix — радиус инерции сечения; Jx — осевой момент инерции; Fтр — площадь сечения.

Таким макаром, если поделить длину (с учётом коэффициента приведения) на малый радиус инерции, можно получить количественное значение гибкости. Для устойчивого стержня соблюдается условие, что личное от деления нагрузки на площадь поперечного сечения не должно быть меньше произведения допустимой сжимающей нагрузки на коэффициент продольного извива, который определяется значением гибкости определенного стержня и материалом его производства.

где: lx — расчётная длина в плоскости фермы; ix — малый радиус инерции сечения по оси x; ly — расчётная длина из плоскости фермы; iy — малый радиус инерции сечения по оси y.

Направьте внимание, что конкретно в расчёте сжатого стержня на устойчивость отображена вся сущность работы фермы. При недостающем сечении элемента, не позволяющем обеспечить его устойчивость, мы вправе добавить более тонкие связи, изменив систему крепления. Это усложняет конфигурацию фермы, но позволяет достигнуть большей стойкости при наименьшем весе.

Изготовление деталей для фермы

Точность сборки фермы очень принципиальна, ведь все расчёты мы проводили способом векторных диаграмм, а вектор, как понятно, может быть только полностью прямым. Потому мельчайшие напряжения, возникающие вследствие искривлений из-за неверной подгонки частей, сделают ферму очень неуравновешенной.

Поначалу необходимо обусловиться с размерами деталей наружного пояса. Если с нижней опорой всё довольно легко, то для нахождения длины верхней можно пользоваться или аксиомой Пифагора, или тригонометрическим соотношением сторон и углов. Последнее желательно при работе с такими материалами, как угловая сталь и профильная труба. Если угол ската фермы известен, его можно заносить как поправку при подрезке краёв деталей. Прямые углы пояса соединяются подрезкой под 45°, наклонные — путём прибавления к 45° угла наклона с одной стороны стыка и вычитанием его же с другой.

Детали наполнения вырезают по аналогии с элементами пояса. Основная загвоздка в том, что ферма — изделие строго унифицированное, а поэтому для её производства будет нужно четкая деталировка. Как и при расчёте воздействий, каждый элемент необходимо рассматривать персонально, определяя углы схождения и, соответственно, углы подреза краёв.

Достаточно нередко фермы изготавливают радиусными. Такие конструкции имеют более сложную методику расчёта, но огромную конструкционную крепкость, обусловленную более равномерным восприятием нагрузок. Изготавливать скругленными элементы наполнения смысла нет, а вот для деталей пояса это полностью применимо. Обычно арочные фермы состоят из нескольких частей, которые соединяются в местах схождения заполняющих раскосов, что необходимо учесть при проектировании.

Сборка на метизах или сваривание?

В заключение было бы хорошо обозначить практическую разницу меж методами сборки фермы свариванием и при помощи разъёмных соединений. Начать следует с того, что сверление в теле элемента отверстий под болты либо заклёпки фактически не оказывает влияние на его упругость, а поэтому на практике не учитывается.

Когда речь зашла о методе скрепления частей фермы, мы установили, что при наличии косынок длина участка стержня, способного изгибаться, значительно сокращается, за счёт чего можно уменьшить его сечение. В этом преимущество сборки фермы на косынках, которые крепятся с боковой стороны к элементам фермы. В таком случае особенной различия в способе сборки нет: длины сварочных швов будет с гарантией довольно, чтоб выдержать сосредоточенные напряжения в узлах.

Если же сборка фермы делается стыкованием частей без косынок, тут необходимы особенные способности. Крепкость всей фермы определяется менее крепким её узлом, а поэтому брак в сваривании хотя бы 1-го из частей может привести к разрушению всей конструкции. При недостающем навыке ведения сварочных работ рекомендуется провести сборку на болтах либо заклёпках с внедрением хомутов, угловых креплений либо затратных пластинок. При всем этом крепление каждого элемента к узлу должно осуществляться более чем в 2-ух точках.

Розетка накладная влагозащищённая Werkel Gallant с заземлением, с крышкой и шторками, IP44, цвет слоновая кость

Розетка гидрозащищенная с заземлением Gallant подходит для установки в жилых и нежилых помещениях с завышенной влажностью (степень защиты IP44). Устройство обустроено крышкой, защищающей отверстия от брызг, и шторками, которые не дают детям добраться до небезопасных частей механизма. Наличие третьего контакта позволяет подсоединить провод заземления и повысить безопасность использования присоединенных к розетке электроприборов.

Особенности

Серия Gallant

Copyright © 2020 - 2024