Стержневая ферма

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении несущих строительных элементов. Технический результат: экономия металла при создании надежной стержневой фермы. Сущность изобретения заключается в том, что стержневая ферма содержит пояса и элементы решетки, выступающие за габариты обоих поясов, причем и пояса, и решетка выполнены из стержней круглого сечения. Элементы решетки выполнены в виде стоек и раскосов, при этом длина крайних стоек в 1,01-1,4 раза больше вертикальных проекций других элементов решетки, а соотношение длины горизонтальной проекции раскоса S и расстояния между центрами тяжести сечений поясов Z должно меняться в пределах 1,04≤S/Z≤2,66. 3 з.п.ф-лы, 4 ил., 5 табл.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении несущих строительных элементов, работающих на изгиб.

Известны фермы, включающие пояса и элементы решетки, - стойки и/или раскосы [1, 2] . Особенность этих ферм в том, что элементы решетки не выступают за габариты поясов, т.е. за пределы, очерченные наружными кромками поясов фермы. Такое техническое решение не вполне целесообразно тогда, когда хотя бы один пояс фермы выполнен из стержня круглого сечения, поскольку при этом затрудняется процесс сварки пояса с решеткой.

Известна ферма с круглым нижним поясом [3] и у нее концы элементов решетки, примыкающие к нижнему поясу, выступают за его пределы (за габариты пояса), что позволило более надежно приварить решетку к поясу.

Известна ферма, у которой элементы решетки выступают за пределы только одного верхнего пояса [4].

Наиболее близким аналогом (прототипом) является ферма, раскрытая в источнике [5], у которой и пояса, и решетка выполнены из прутков или проволоки, причем вертикальные проекции элементов решетки больше расстояния между внешними кромками поясов фермы и оба конца каждого элемента решетки выступают за габариты поясов. В частном случае, элементы решетки прикреплены только к поясам, без непосредственного контакта между собой концов этих элементов [6] . В другом варианте, концы элементов решетки, примыкающие к одному и тому же узлу фермы, не только приварены к поясу, но еще и дополнительно соединены между собой, в частности, образуют единый гнутый стержень [7].

Недостаток и аналогов, и прототипа в том, что не регламентировано соотношение длины горизонтальной проекции раскоса S и расстояния между центрами тяжести сечений поясов Z и это является причиной возможного перерасхода металла.

Задачей данного изобретения является уменьшение расхода металла и повышение надежности фермы.

Сущность изобретения в том, что в стержневой ферме, содержащей пояса и элементы решетки, выступающие за габариты обоих поясов, и пояса, и решетка выполнены из стержней круглого сечения; особенность фермы в том, что элементы решетки выполнены в виде стоек и раскосов, при этом длина крайних стоек в 1,01-1,4 раза больше вертикальных проекций других элементов решетки, а соотношение длины горизонтальной проекции раскоса S и расстояния между центрами тяжести сечений поясов Z должно меняться в пределах: 1,04≤S/Z≤2,66; кроме того, концы элементов решетки, примыкающие к одному и тому же узлу фермы, не только прикреплены к поясу фермы, но и дополнительно соединены (например, сварены) между собой; в частном случае элементы решетки не сварены между собой, а выполнены в виде единого гнутого стержня; такую ферму предложено использовать в качестве арматуры изделий из пористого материала, например ячеистого бетона.

Технический результат: уменьшение суммарного веса металла (пояса плюс решетка), расходуемого на ферму; повышение надежности фермы. Последнее обусловлено тем, что при изготовлении ферм в условиях реального производства возможны непредусмотренные отклонения от проектных размеров, например, горизонтальная проекция раскоса S может оказаться больше необходимой; если такое отклонение случится в пределах регламентированного данным изобретением соотношения S/Z, то это будет не опасно. Повышению надежности фермы способствует также сварка концов соседних элементов решетки (или соединение их другим способом); поскольку всегда один из этих элементов работает на сжатие, другой - на растяжение, то соединение их способствует взаимной компенсации части усилий в элементах решетки. Выполнение крайних стоек фермы более длинными повышает надежность работы фермы в качестве арматуры пористых изделий, поскольку обеспечивает стабильную толщину защитного слоя.

Изобретение поясняется графическим материалом. На фиг.1 показана ферма с неконтактирующими между собой элементами раскосной решетки. На фиг.2 изображена ферма, также с неконтактирующими элементами решетки, но содержащая стойки, чередующиеся с раскосами. На фиг.3 приведена ферма, у которой концы раскосов соединены сваркой, а на фиг.4 - раскосы выполнены в виде единого гнутого стержня. Обозначения на чертежах: 1 - пояс фермы, 2 - раскос, 3 - стойка, 4 - точка сварки, S - длина горизонтальной проекции раскоса, Z - расстояние между центрами тяжести сечений поясов фермы.

Примеры. В нижеследующих примерах рассмотрены фермы с разными параметрами: длина фермы L, см; ее высота (т.е. длина вертикальной проекции раскоса) h, см; расстояние между центрами тяжести сечений поясов Z, см; расчетное сопротивление металла поясов R_a, кгс/см²; расчетное сопротивление металла решетки R_p, кгс/см²; погонная нагрузка, воспринимаемая фермой q, кгс/см; вес фермы G, кг. Все фермы рассчитаны на изгиб по классической общепринятой методике: вычислены опорные реакции и максимальные изгибающие моменты, методом сечений определены усилия в стержнях фермы, рассчитаны необходимые площади их сечения; принято обычное для практики конструирования ферм правило, согласно которому пояс, на всем его протяжении, имеет постоянное сечение, а площадь сечения всех раскосов и стоек такая же, как у наиболее нагруженного опорного раскоса; условно принято, что расчетный пролет каждой фермы равен ее длине. Каждая ферма рассчитывалась в десяти вариантах, при отношении S/Z от 0,83 до 3,11. Результаты по каждой ферме приведены в таблицах 1 - 5, из которых видно, минимум расхода металла достигается при выполнении условия: 1,04≤S/Z≤2,66; причем зона минимальных расходов достаточно широка для того, чтобы обеспечить надежность работы фермы (она отмечена жирной линией в нижней части таблиц).

Пример 1. L=600, h=27, Z=24, R_а=3750, R_р=3000, q=1 (см. табл.1).

Пример 2. L=600, h=7, Z=4,5, R_а=3750, R_р=3000, q=0,2 (см. табл.2).

Пример 3. L=600, h=7, Z=4,5, R_а=3000, R_р=3000, q=0,2 (см. табл.3).

Пример 4. L=600, h=7, Z=4,5, R_а=3000, R_р=2000, q=0,2 (см. табл.4).

Пример 5. L=300, h=7, Z=4,5, R_а=3000, R_р=3000, q=0,2 (см. табл.5).

Из приведенных примеров следует, что оптимальное отношение S/Z лежит в пределах 1,04-2,66; при этом расход металла минимален. Небольшая абсолютная величина экономии металла на одну ферму в данном случае не имеет значения, поскольку фермы предназначены для армирования многотоннажной продукции заводов ячеистого бетона и других пористых изделий, где в каждое изделие устанавливают до 5-10 подобных ферм.

Источники информации 1. Беленя Е.И. Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1973, с. 368.

2. Патент РФ 2056488.

3. Патент РФ 2034122.

4. Патент РФ 2131005.

5. Патент РФ 2145373.

6. Патент РФ 2145373, фиг.3, 4 и 6.

7. Патент РФ 2145373, фиг.2.

Формула изобретения

1. Стержневая ферма, содержащая пояса и элементы решетки, выступающие за габариты обоих поясов, причем и пояса, и решетка выполнены из стержней круглого сечения, отличающаяся тем, что элементы решетки выполнены в виде стоек и раскосов, при этом длина крайних стоек в 1,01-1,4 раза больше вертикальных проекций других элементов решетки, а соотношение длины горизонтальной проекции раскоса S и расстояния между центрами тяжести сечений поясов Z должно меняться в пределах 1,04≤S/Z≤2,66.

2. Стержневая ферма по п. 1, отличающаяся тем, что концы элементов решетки, примыкающие к одному и тому же узлу фермы, не только прикреплены к поясу, но и дополнительно соединены между собой.

3. Стержневая ферма по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что элементы решетки, примыкающие к одному и тому же узлу фермы, выполнены в виде единого гнутого стержня.

4. Стержневая ферма по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что применяется в качестве арматуры изделий из пористого материала, например ячеистого бетона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6