Строительство фермы на месте

Оценка сварных швов в соединениях типа К ферм полого сечения с поясами двутаврового или двутаврового сечения

В последние годы большое внимание уделяется использованию конструкций из полых профилей. С момента первой публикации CIDECT (Международный комитет по разработке и изучению трубчатых конструкций) стали доступны дополнительные результаты исследований, особенно в отношении проектирования сварных швов между элементами соединений ферм. Для оценки несущей способности сварных соединений ферм между раскосами из пустотелых профилей и поясами двутавров следует рассчитывать расчетные длины сварных швов, их расположение вокруг раскосов и силы, действующие на отдельные участки шва. Целью данной статьи является предоставление проектировщикам, преподавателям и исследователям самой актуальной информации по конструкции сварных швов для некоторых соединений внахлест K и N между раскосами прямоугольного полого сечения (ПРС) и I- или H-образными раскосами. секционная хорда.

1. Введение

Конструктивные элементы из круглых или прямоугольных (квадратных) полых профилей обычно применяют для решетчатых конструкций (стропильных ферм и решетчатых каркасов), реже для балок Виренделя. Сварные швы между такими элементами (например, между раскосами и поясами) выполняются в виде стыковых или угловых швов. Трубчатые стальные конструкции характеризуются многочисленными преимуществами, среди которых наиболее важными являются малый вес, благоприятная аэродинамическая форма, эстетичный внешний вид и очень хорошие прочностные характеристики [1,2].

Действующие европейские стандарты по проектированию стальных конструкций содержат многие принципы и рекомендации, относящиеся к проектированию сварных соединений в номинально штифтовых или жестких соединениях. Однако в области полужестких соединений из полых профилей принципы являются общими, а рекомендации слишком упрощенными [3,4].

В случае ферменных конструкций общий принцип заключается в проектировании сварных швов такой толщины, чтобы их сопротивление было не меньше сопротивления стенок соединительных элементов [5]. Этому принципу удовлетворяют полные стыковые швы, которые не могут быть выполнены во всех случаях, или толстые угловые швы, без указания, какой их толщины следует принимать. В качестве конкретной рекомендации указано, что можно брать швы толщин меньше указанных по общему правилу, но без указания, как определить их величину.

В настоящее время существуют основные рекомендации по оценке эффективных длин угловых швов в зазорных соединениях К-типа из прямоугольных полых профилей [6,7]. Эти рекомендации были также распространены на Т-образные суставы [8].

Согласно общему правилу, мы всегда должны использовать толстые сварные швы во всех проектных ситуациях, даже если это совершенно не нужно. Применение толстых угловых швов часто является причиной введения больших сварочных напряжений, препятствующих правильному выполнению конструкции и увеличивающих трудозатраты. Однако использование стыковых сварных швов часто нецелесообразно, так как требует снятия фасок на кромках соединяемых элементов.

Формирование перекрывающихся соединений ферм широко обсуждалось в [9,10]. Основанием для расчета их мощности служат европейские нормы и другие документы по стандартизации [11,12].

В европейских стандартах правила определения прочности угловых швов в сварных соединениях полых профилей представлены в общем виде, без детальных рекомендаций по расчету.

В канадской публикации, написанной Пакером и Хендерсоном [9], представлена информация по определению эффективных длин только для соединений типа К с расстоянием между раскосами, тогда как в случае соединения внахлест типа К до сих пор не было представлено никаких рекомендаций по проектированию. Несложная процедура оценки эффективных длин представлена в рекомендациях IIW [13] и в публикациях [2,14], а также повторена в стандарте ISO [12].

В данной работе авторы на основании цитируемых источников предлагают расчетную оценку стойкости сварного шва нахлесточных соединений К-типа с раскосами прямоугольного полого сечения (ППП) и поясами двутаврового или двутаврового сечения, тем самым расширяя использование метода расчета, приведенного в [15,16,17]. Метод оценки обоих расчетных случаев одинаков, но есть некоторые различия в определении эффективной ширины сварных швов, возникающие из-за разной гибкости стенок пояса. Эти различия будут представлены далее и их влияние на прочность эффективной длины сварных швов будет обсуждено.

2. Метод определения сопротивления угловых швов.

Сварные соединения полых профилей должны выполняться угловыми или стыковыми швами, либо их комбинацией, укладываемыми по периметру профиля. В соединениях внахлестку охватываемую часть элемента можно не сваривать, если составляющие осевых усилий в элементах раскосов, перпендикулярных оси хорды, не отличаются более чем на 20 % [18].

Согласно Декстеру и Ли [19], стойкость швов внахлестку со скрытой частью была примерно на 10 % выше.

Для упрощения расчета сварных швов в конструкциях с полым профилем Европейский стандарт рекомендует проектировать сварные швы таким образом, чтобы сопротивление сварного шва на единицу длины периметра элемента было не меньше, чем сопротивление этого элемента, также рассчитанное на единицу длины. периметра. Это условие выполняется, когда применяют стыковые или угловые швы такой толщины, что их сопротивление равно сопротивлению соединяемых элементов. Методы оценки толщины угловых швов, удовлетворяющие этому требованию, приведены в [16].

В европейском стандарте [20] в тех случаях, когда не требуется проектирование полного стыкового шва или соответствующего углового шва, толщина шва может быть уменьшена при условии, что сопротивление такого шва и его вращательная способность проверено, учитывая только расчетную длину сварного шва.

На рисунке 1 с использованием руководства IIW [13] показано расположение угловых сварных швов в соединении внахлест типа K между раскосами RHS и Н-образным поясом. Принято допущение, что величина перпендикулярной хорде составляющей силы, передаваемой непосредственно через сварные швы, соединяющие элементы раскоса, равна (рис. 1а):

где α = q/p и 0.25 ≤ α ≤ 0.80, λov = (q/p) ⋅ 100 % в %, q — поверхность перекрытия раскосов, проецируемая на поверхность пояса, p — длина площади контакта между раскос и пояс внахлест (методика оценки стойкости сварных швов в соединениях типа К из полого профиля представлена в [21]).

красный Δ K j = K j sin θ j − α K i sin θ i, когда 25 % ≤ λ ov ≤ 80 %, красный Δ K j = K j sin θ j − K i sin θ i, когда λ ov > 100 %, красный Δ K j = 0 в случае отсутствия внешней нагрузки на соединение.

l 1 = hj / sin θ j , bj , red = bj − 2 aw , l 2 = pj , eff = tw + 2 r + 7 tffy 0 / fyj , но pj , eff ≤ bj ,

л 3 знак равно привет , красный / грех θ я знак равно ( 1 – α ) привет / грех θ я , л 4 знак равно пи , эфф знак равно tw + 2 р + 7 tffy 0 / fyi , но пи , эфф ≤ би .

где θ_i , я_j – углы наклона перекрытия и перекрытия раскосов относительно хорды, f_y0 – предел текучести хорды, b_i , Ч_i – соответственно ширина и высота сечения раскоса перекрытия, b_j , Ч_j – соответственно ширина и высота сечения перекрывающего раскоса, t_i – толщина стенки раскоса перекрытия, т_j – толщина стенки перекрывающейся связи, т_f – толщина полки двутавра, т_w — толщина стенки двутавра, r — радиус двутавра.

Площади сечений расчетных длин сварных швов составляют (рисунок 1): А 1 = l 1 aw 1 , А 2 = l 2 aw 2 , А 3 = l 3 aw 3 , А 4 = l 4 aw 4 , A j , red = bj , redawb , A 5 = l 5 aw 5 , A 6 = l 6 aw 6 , A 7 = l 7 aw 7 , где aw 1 , aw 2 , aw 3 , aw 4 awb , aw 5 , aw 6 – толщины сварных швов.

При 25 % ≤ λ вв ≤ 80 % расчетной ситуации все сварные швы выполняются (в том числе и в скрытой части) в месте стыка раскосов с поясом. Участки угловых швов нагружаются составляющими сил в раскосах параллельно хорде (рис. 3а).

Строительство фермы на месте

В PSE Consulting Engineers, Inc наши инженеры-строители по устойчивому развитию предлагают структурный анализ и проектирование деревянных ферм, построенных на месте. Если вы ищете альтернативу использованию производителя ферм или вам нужна нестандартная конструкция деревянной фермы, которую производитель ферм не может разработать, мы можем помочь. Наши опытные инженеры-строители могут проектировать деревянные фермы всех типов с учетом эффективности и безопасности.

Типы ферм

Доступны различные формы, стили и размеры деревянных ферм. Каждая конструкция деревянной фермы зависит от типа нагрузки, с которой она будет сталкиваться. Помимо деревянных ферм правильной формы, некоторые из самых популярных стилей ферм включают в себя:

Ножницы фермы: Наклонный нижний пояс позволяет увеличить высоту потолка на нижнем этаже, который иногда используется для сводчатых потолков.
Полинезийская ферма: Эта двухскатная ферма крыши обычно имеет два существенно разных угла наклона крыши от пятки до пика.
Соборная ферма: В основном используется для создания частично сводчатого потолка.
Гамбрел ферма: Обычно используется при проектировании амбаров и других подобных сооружений. Иногда используется при строительстве чердачного помещения.
Чердачная ферма: Используется для обеспечения места для хранения на чердаке. Важной отличительной чертой этой фермы является то, что она использует более крупный/тяжелый нижний корд из дерева, чтобы выдерживать прилагаемую нагрузку.

Строительные фермы из дерева и пиломатериалов

Нагрузки, приложенные к фермам

Крыша
хорда или чердак

Временная нагрузка на крышу по нормам.

Нагрузка на чердак должна включать любую нагрузку для:

Механические и электрические нагрузки.

Для чердака с любым местом для хранения, минимум 20 psf
Для жилого помещения минимальная динамическая нагрузка составляет 40 фунтов на квадратный фут.
Если ферма представляет собой ферму пола, динамическая нагрузка составляет 40 фунтов на квадратный фут для жилых помещений, 50 фунтов на квадратный фут для офисных помещений и 100 фунтов на квадратный фут для коммерческих помещений.

Ветровая нагрузка по нормам:

Комбинация нагрузок с расчетом допустимых напряжений на IBC

Ориентированно-стружечная плита (OSB) или фанерные косынки:

Косынки OSB / Фанера гораздо более распространены, когда речь идет о деревянных фермах, изготовленных на заказ. Определение размеров и расчет косынки из OSB/фанеры становится проще, поскольку значения для OSB и фанеры можно найти в Национальной спецификации проектирования для деревянных конструкций.

Этот тип построенный на месте пиломатериалы конструкция фермы это наша специальность здесь в PSE Consulting Engineers, Inc. Наши инженеры-строители обязательно будут работать с вами и вашими потребностями, чтобы проанализировать и разработать максимально безопасную и эффективную конструкцию деревянной фермы.

Компьютерный анализ деревянных и легких стальных ферм

Мы гордимся тем, что предлагаем лучшие фермы для сборки на месте с использованием самых современных программ и технологий. Справа вы увидите несколько примеров компьютерного анализа, проведенного инженерами-консультантами PSE для деревянных ферм и ферм из тонкой стали/холодноформованной стали.

Нажмите на картинку выше, чтобы увидеть больше

Косынки

Косынки и компоненты диагональных натяжных лент используются в сочетании с Х-образными связями в несущих стеновых узлах для сопротивления скручиванию при ветровых и сейсмических нагрузках. Обычно они устанавливаются с обеих сторон стены непосредственно над элементами каркаса и легко закрываются облицовочными материалами.

Обеспечивает фиксацию стеллажей
Используется в стеновых конструкциях
Сопротивление подъемным силам и силам сдвига

Стальные косынки:

Рулон на тарелках:

Большинство стальных косынок накручиваются производителем для обеспечения правильной установки. Единственная проблема со стороны структурного анализа заключается в том, что у нас нет значений прочности этих пластин.

Стальные пластины Simpson Strong-Tie:

Эти пластины по размерам и форме аналогичны рулонным пластинам, но допускают установку с помощью гвоздей. Инженер может найти значения для этой пластины и рассчитать безопасную конструкцию фермы.

Стальные фермы против деревянных ферм

Деревянные и стальные фермы одинаково прочны и очень быстро устанавливаются по сравнению со стропилами. Важно выбрать правильное решение материала для вашей фермы, построенной на месте, в соответствии с вашим проектом. Есть много плюсов и минусов использования стальных ферм по сравнению с деревянными фермами.

Плюсы

Более длительный
Требуют меньше обслуживания
Нет необходимости в химической обработке
Небольшой вес

Минусы

Более дорогой
Для установки требуется больше навыков

Легкие стальные фермы и фермы из холодногнутой стали, построенные на месте

Компания PSE Consulting Engineers, Inc. предлагает структурный анализ и проектирование ферм из легкой и холодногнутой стали. Как и в случае с деревянными фермами, построенными на месте, для вашей конструкции может потребоваться построить на месте фермы из тонкой стали. Независимо от того, строите ли вы свои стены из тонкой стали / холодногнутой стали и хотите продолжить это с конструкцией крыши, или нагрузки, приложенные к крыше, требуют конструкции из легкой стали / холодногнутой стали, наши инженеры-строители могут помочь.

Легкие фермы из стали/холодноформованной стали обеспечивают конструктивно прочные варианты, которые могут охватывать до 70 футов в зависимости от глубины стали, и все это при этом считается экономичным. Подобно конфигурации ферм при использовании дерева, все стили ферм также доступны при использовании тонкой стали. Большинство ферм из легкой и холодногнутой стали свариваются или свинчиваются в зависимости от типа необходимого соединения.

Нажмите на картинку ниже, чтобы увидеть больше

Чарльз начал свою карьеру, работая геодезистом в армии США с 1983 по 1991 год. После увольнения из армии он поступил в Орегонский технологический институт и получил степень бакалавра в области технологий гражданского строительства, которую он окончил в 1996 году. В течение следующих нескольких лет он работал в различных фирмах, в том числе в Bureau of Land Management, KAS & Associates и Adkins. Инженеры-консультанты. Чарльз присоединился к PSE в 2007 году, начав с должности младшего инженера, а в 2010 году став лицензированным инженером. Он по-прежнему работает в PSE и любит то, чем занимается.

Опыт Чарльза включает осмотр и проектирование жилых домов с использованием различных типов материалов и комбинаций, включая дома с деревянным каркасом и бревенчатые дома. Он также имеет опыт проектирования легких коммерческих зданий, таких как бетонные склады и фундаменты для зданий со стальным каркасом. Он имеет лицензию в штатах Орегон, Вашингтон, Невада и Аризона.

Мо. Эль-Риди имеет опыт работы в области проектирования конструкций. Основная область его исследований – надежность бетонных и стальных конструкций. Он предоставлял консультации различным инжиниринговым и нефтегазовым компаниям, таким как Международная египетская нефтяная компания (IEOC) и British Petroleum (BP). Кроме того, он предоставляет различные пакеты проектирования бетонных и стальных конструкций для жилых, коммерческих зданий, складов и телекоммуникационных вышек, а также электрические проекты с WorleyParsons. Он участвовал в проектах по сжиженному природному газу (СПГ) и сжиженному природному газу (СПГ) с международными инжиниринговыми фирмами, начиная с предварительного проектирования и заканчивая детальной фазой и этапом реализации. Он обеспечивает полный пакет проектирования для проектов по производству электроэнергии с ALSTOM, INTEC. В настоящее время д-р Эль-Риди отвечает за надежность, стратегию осмотра и технического обслуживания береговых бетонных и стальных конструкций, а также морских платформ со стальными конструкциями.
Д-р Эль-Риди написал множество публикаций и представил множество докладов на местных и международных конференциях, спонсируемых ASCE, ASME, ACI, Американским обществом по испытаниям и материалам и Американским институтом нефти. Он опубликовал множество исследовательских работ и является автором многих книг об оценке бетонной конструкции, передовых материалах в бетонной промышленности, надежности конструкции, общем управлении качеством, управлении качеством и обеспечении качества, экономическом управлении инженерными проектами, а также ремонте и защите железобетона. структуры. Он сделал публикации по следующей ссылке: www.amazon.com/author/elreedyma. Он получил степень бакалавра в Каирском университете в 1990 году, степень магистра в 1995 году и докторскую степень в Каирском университете в 2000 году.

Адель является менеджером проектов в PSE, который присоединился к отрасли в 1997 году и имеет опыт в разнообразных аспектах структурного инженерного анализа, проектирования и управления. В дополнение к сильной технической базе и естественному структурному любопытству, он имеет большой опыт работы на местах, что дает ему уникальное понимание всего цикла проекта и потребностей. Он начал посещать программу магистратуры Университета Северной Флориды в январе 2011 года. Он также посещал программу магистратуры Университета Алабамы в Бирмингеме в августе 2012 года. В декабре 2014 года он получил докторскую степень в области проектирования конструкций.

Присоединившись к PSE в 2015 году, г-н Эльфайюми работал над разнообразными проектами, включая коммерческие, жилые, мосты, вантовые конструкции, мембранные конструкции и бамбуковые дома. Его многолетний профессиональный опыт привил ему страсть и способность решать уникальные задачи и сотрудничать с коллегами и клиентами.

В дополнение к сильной технической базе и естественному структурному любопытству, он имеет большой опыт работы на местах, что дает ему уникальное понимание всего цикла проекта и потребностей. Адель увлечен структурным проектированием и созданием инновационных решений, которые работают для всех: структурно, архитектурно, конструктивно, экономически и, в конечном счете, для владельца и конечного пользователя.

Его академическое образование и опыт проектирования конструкций подготовили его к тому, чтобы стать эффективным ключевым лицом в PSE.

Проекты:

Steele Residence, Санта-Роза, Калифорния (июль – сентябрь 2018 г.).

Одноэтажная резиденция площадью 11,246 24 кв. Футов. Он включает в себя строительство стен из изолированных бетонных форм (ICF). Крыша представляет собой легкую бетонную балку перекрытия с шагом XNUMX дюйма друг от друга. Внутренние перегородки – легкие каркасные стены. Патио было покрыто настилом из легкого металла, поддерживаемым секциями из быстрорежущей стали из красного железа.

Admani Residence, Корнелиус, Северная Каролина (август – октябрь 2019 г.)

Этот проект представляет собой 3-этажное жилое здание площадью 30,685 XNUMX кв. Футов.
Проект в основном состоит из фермы перекрытия LGS с шагом 16 дюймов и ферм крыши LGS с расстоянием между ними 24 дюйма. Колонны различаются между колоннами коробчатой формы LGS и секциями из красного железа (горячекатаного проката).

Garrard Bradley, Меридейл, Нью-Йорк (март – апрель 2018 г.)

Это одноэтажный дом площадью 1,620 кв. футов.

Одноэтажное здание с наружными и внутренними стенами из деревянных каркасов и сборной крышей из деревянных ферм (другие производители).

4- Johnson Controls, город Чарльстон, Южная Каролина (апрель – июнь 2018 г.)

Это ограждение бассейна площадью 17,239 86 кв. футов. Бассейн (187×24 футов) и вход (55×86 футов). Проект в основном состоит в том, чтобы покрыть общественный бассейн алюминиевой рамной фермой 6 футов @ 55 футов и еще одним набором алюминиевых ферм OC 6 футов @ XNUMX футов для входа.

Читайте также:

Лучший настольный миксер 2022 года

5. Стальной купол высотой 120 футов, временное мероприятие, Лас-Вегас, Невада (2019 г.)
Я разработал МКЭ с использованием RISA3D для моделирования стальных распорок купола, 2 вестибюлей с одним входным туннелем.