Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)



Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)
Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей)

 


Владельцы патента RU 2548301:

Марутян Александр Суренович (RU)

Изобретение относится к строительству, а именно к длинномерным строительным металлическим решетчатым конструкциям из труб, и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других несущих конструкций. Технический результат - возрастание несущей способности конструкции с уменьшением ее материалоемкости. Указанный технический результат достигается тем, что в ферме из трубчатых элементов, включающей пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, изготовленную со сплющенными концами из изогнутых элементов V- или W-образного (зигзагообразного) очертания, стержни фермы выполнены ромбической формы с отношением диагоналей 1/2, где у всех сжатых стержней большая диагональ расположена в плоскости конструкции, меньшая диагональ - из плоскости, а у всех растянутых стержней меньшая диагональ расположена в плоскости конструкции, а большая - из плоскости, причем верхний и нижний пояса в местах бесфасоночных примыканий решетки сплющены. 1 табл., 6 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к строительству, а именно к длинномерным строительным металлическим решетчатым конструкциям из труб, и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других несущих конструкций. Трубчатые строительные конструкции отличаются повышенными технико-экономическими характеристиками, так как конструкционный материал (металл) в поперечном сечении элементов расположен весьма эффективным образом. Однако дальнейший рост технико-экономических характеристик за счет применения более рациональных особо тонкостенных труб (замкнутых гнутосварных профилей) сдерживается из-за сложности технических решений узловых соединений стержневых элементов в решетчатых конструкциях.

Наибольшее распространение в трубчатых фермах получили узловые бесфасоночные соединения с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам [1. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкции: Учеб. для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - С. 459, 462, рис. 7.26, а; 7.28, а; 2. Металлические конструкции: Учеб. для вузов / Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Академия, 2007. - С. 292, 295, рис. 9.24, 9.27]. Здесь во избежание продавливания (выдергивания) диаметр трубы решетки не должен быть меньше 0,3 диаметра трубы пояса. В фермах из прямоугольных (квадратных) труб такое ограничение ужесточено в два раза, то есть ширину стержня решетки следует принимать не менее 0,6 поперечного размера пояса.

Недостаток описанных узлов заключается в отмеченном ограничении, учет которого приводит к повышению расхода материала на стержни и увеличению металлоемкости конструкции.

Еще одним известным техническим решением является решетчатая конструкция с узловым бесфасоночным соединением трубчатых элементов фермы (варианты), в котором диагональ поперечного сечения прямоугольного (квадратного) пояса расположена в осевой плоскости фермы, а раскосы в месте примыкания имеют сквозной вырез (V-образной формы), полностью повторяющий геометрию этого примыкания. За счет такого выреза соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам [1. Соколов А.А., Логачев К.И., Зинькова В.А. Численные исследования напряженно-деформированного состояния узловых бесфасоночных соединений трубчатых элементов ферм. - Промышленное и гражданское строительство, 2007, №8. - С. 40-41; 2. Зинькова В.А., Соколов А.А. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы. -Патент №2329361, 20.07.2008, бюл. №20]. Аналогичным образом в осевой плоскости фермы из квадратных труб расположены диагонали поперечных сечений всех стержневых элементов (и верхнего пояса, и нижнего пояса, и раскосов решетки между ними) [1. Кузнецов А.Ф., Кузнецов В.А. Ферма из квадратных труб. - Патент №116877, 10.06.2012, бюл. №16; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 100-101].

Недостатком известного технического решения является сложность его применения в фермах беспрогонных покрытий, так как ребро пояса может смять листы профилированного настила. В прогонных покрытиях уже само ребро пояса может быть смято прогоном, поэтому необходимо устройство опорных столиков под прогоны, что негативно влияет на материалоемкость конструкций, а также увеличивает трудоемкость их изготовления и монтажа. Этот недостаток можно устранить при помощи поясных элементов пятиугольного сечения с одной горизонтальной (полкой), двумя вертикальными и двумя наклонными стенками [Марутян А.С., Кобалия Т.Л., Павленко Ю.И., Глухов С.А. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы. - Патент №116526, 27.05.2012, бюл. №15].

Общий недостаток приведенных технических решений заключается в повышенной жесткости бесфасоночных узловых соединений трубчатых ферм [Покровский А.А. Об учете жесткостей узлов в расчетах ферм с элементами малой гибкости. - Строительная механика и расчет сооружений, 2011, №3. - С. 31-32]. Чтобы не учитывать дополнительные изгибающие моменты от жесткости узлов, строительные нормы и правила рекомендуют выполнять расчет трубчатых ферм по шарнирной схеме при условии, когда отношение высоты сечения к длине стержневых элементов не превышает 1/15...1/10 [СНиП И-23.81*. - М.: ОАО "ЦПП", 2008. - С. 43-44]. Очевидно, что диагональный разворот квадратных трубчатых профилей, трансформируя их в ромбическую конфигурацию, сопровождается ростом жесткости бесфасоночных узлов, и происходит это по двум причинам. Первой причиной является увеличение высоты сечения стержневых элементов. Вторая причина заключается в непосредственном сопряжении стенок и ребер между ними стержневых элементов решетки с аналогичными стенками и ребрами между ними поясных элементов. Кроме того, сквозные вырезы V-образной формы в местах примыкания раскосов к поясам, полностью повторяющие геометрию этих примыканий, требуют соблюдать повышенную точность изготовления и сборки, что увеличивает трудоемкость конструкций.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой ферме из ромбических труб (гнутосварных профилей) является строительная металлическая тонкостенная решетчатая конструкция, включающая пояса трубчатого сечения и жестко прикрепленную к ним решетку. В одном варианте эта решетка выполнена из трубчатых элементов со сплющенными в плоскости конструкции концами, а в другом - из прутковых элементов V- или W-образного (зигзагообразного) очертания [Орлик В.М. Строительная металлическая тонкостенная решетчатая конструкция. - Заявка №4776531, 03.01.1990. - Авторское свидетельство №1760041, 07.09.1992. - Бюл. №33].

Такому техническому решению присущи недостатки известных трубчатых ферм с бесфасоночными примыканиями решетки к поясам, увеличивающими жесткость узловых соединений, так как стержневые элементы со сплющенными в плоскости конструкции концами еще больше ужесточают узлы в этой плоскости, что сопровождается ростом металлоемкости. Решетка, выполненная из стальных изогнутых элементов V- или W-образного (зигзагообразного) очертания, отличается незначительной несущей способностью, что ограничивает нагрузку на конструкцию.

Техническим результатом предлагаемого решения является возрастание несущей способности конструкции с уменьшением ее материалоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в ферме из трубчатых элементов, включающей пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, изготовленную со сплющенными концами из изогнутых элементов V- или W-образного (зигзагообразного) очертания, стержни фермы выполнены ромбической формы с отношением диагоналей 1/2, где у всех сжатых стержней большая диагональ расположена в плоскости конструкции, меньшая диагональ - из плоскости, а у всех растянутых стержней меньшая диагональ расположена в плоскости конструкции, а большая - из плоскости, причем верхний и нижний пояса в местах бесфасоночных примыканий решетки сплющены.

В предлагаемой ферме верхний и нижний пояса, а также треугольная или раскосная решетка между ними выполнены из ромбических замкнутых гнутосварных профилей. Для непосредственного примыкания к поясам с образованием бесфасоночных узлов ромбический профиль в заданных по проекту местах сплющивают и двойными гибами придают ему V- или W-образное (зигзагообразное) очертание. Протяженность полосовой (ленточной) заготовки ромбического профиля можно подобрать из расчета на всю длину конструкции или ее отправочной марки. Сплющивание и двойные гибы ромбического профиля обеспечивают компоновку бесфасоночных узловых соединений без конструктивных эксцентриситетов, характерных для трубчатых ферм из прямоугольных (квадратных) гнутосварных профилей, что исключает появление изгибающих моментов и позитивно влияет на расход конструкционного материала. Сплющивание предохраняет стенку поясных элементов от продавливания и позволяет уменьшить ее толщину. По линиям гибов ромбического профиля в плоскости конструкции образуются листовые шарниры, которые соответствуют шарнирно-стержневой расчетной схеме (модели) и избавляют от необходимости учитывать жесткости узлов, что также способствует снижению металлоемкости. Из плоскости конструкции те же гибы сплющенных участков ромбического профиля имеют наибольшую жесткость, приближенную к жесткости рамного крепления, за счет которого в несущих конструкциях можно сократить связевые элементы, как это сделано в конструкциях покрытий типа «Тагил» [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений (Справочник проектировщика) / Под ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова). - М.: Изд-во АСВ, 1998. - С. 235-236]. При шарнирных закреплениях в плоскости конструкции и жестких (рамных) из плоскости расчетная длина стержневых элементов решетки в плоскости конструкции в два раза больше расчетной длины из плоскости [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 332, рис. 6.11]. Исходя из этого, чтобы стержневые элементы решетки в плоскости и из плоскости конструкции имели одну и ту же гибкость, целесообразен такой профиль поперечного сечения, у которого радиусы инерции по главным центральным осям отличаются между собой также в два раза. Такому условию вполне отвечает тонкостенное трубчатое сечение ромбической формы с отношением диагоналей 1/2, где большая диагональ расположена в плоскости конструкции, а меньшая - из плоскости. Причем значение радиуса инерции по большей диагонали превышает величину радиуса инерции аналогичного ромбического профиля с равными диагоналями, то есть квадратного, что определенным образом способствует дальнейшему снижению материалоемкости несущих конструкций. Здесь можно выявить резервы несущей способности верхнего (сжатого) пояса фермы, если и его выполнить из подобного ромбического профиля с соответствующим сплющиванием в бесфасоночных узлах. Кроме того, ромбические профили в предлагаемой ферме отношением диагоналей 1/2 отличаются от труб стальных ромбических, ребристых по ГОСТ 8647-57 [Сальников Г.П. Краткий справочник машиностроителя. - Киев: Государственное издательство технической литературы УССР, 1963. - С. 106].

Для количественной оценки резервов несущей способности целесообразно использовать расчетные формулы осевых моментов инерции Ix и Iу ромбического (в том числе и квадратного) профиля

где l - длина срединной линии стенки, то есть линии, проходящей через середину толщины стенки;

t - толщина стенки;

n - отношение меньшей диагонали а к большей b, n=а/b.

Для тонкостенного трубчатого сечения ромбической формы с отношением диагоналей 1/2 (n=0,5)

Для тонкостенного трубчатого сечения квадратной формы

Если ввести параметры тонкостенности, характерные для замкнутых гнутосварных профилей (l/t=25...50) [ГОСТ Ρ 54157-2010. Трубы стальные профильные для металлоконструкций. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2010. - С. 14-23], то очевидно, что в ромбическом элементе момент инерции сечения увеличивается в раза, а гибкость уменьшается в раза, где - радиусы инерции сечения ромбической и квадратной трубы соответственно.

Таким образом, ромбический профиль позволяет увеличить несущую способность верхнего (сжатого) пояса, а его сплющивание в узлах фермы обеспечивает центровку бесфасоночных соединений с элементами решетки на внутренней стороне и с прогонами на внешней стороне. При этом такое сплющивание приближает узлы пояса к шарнирам в плоскости фермы и к жестким (рамным) креплениям из плоскости конструкции.

Эффективность ромбического профиля, сплющенного в местах узловых соединений, применительно к нижнему (растянутому) поясу трубчатой фермы можно повысить, если большую диагональ сечения расположить из плоскости конструкции, а меньшую - в плоскости, что заметно увеличит жесткость из осевой плоскости (монтажную жесткость) и сократит связевые элементы. Такой конструктивный прием целесообразно распространить и на растянутые элементы решетки трубчатой фермы, в которой усилия сжатия и растяжения чередуются по всей длине пролета.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показан фрагмент фермы прогонного покрытия с треугольной решеткой; на фиг. 2 - фрагмент фермы прогонного покрытия с раскосной решеткой; на фиг. 3 приведен узел верхнего пояса фермы с треугольной решеткой, вид сбоку; на фиг. 4 - узел нижнего пояса фермы с треугольной решеткой, вид сбоку; на фиг. 5 - узел верхнего пояса фермы с раскосной решеткой, вид сбоку; на фиг. 6 - узел нижнего пояса фермы с раскосной решеткой, вид сбоку.

Предлагаемое техническое решение трубчатой фермы из ромбических профилей с отношением диагоналей сечения 1/2 включает верхний (сжатый) пояс 1, нижний (растянутый) пояс 2, растянутые раскосы 3 треугольной или раскосной решетки и сжатые раскосы 4 треугольной решетки или стойки 5 раскосной решетки. В узлах верхнего пояса на ферму могут опираться прогоны из гнутых профилей 6 или с уголковыми коротышами 7 прогоны из прокатных профилей 8. Стержневые элементы верхнего пояса 1, а также сжатые раскосы 4 и стойки 5 имеют сечения, большая диагональ которых расположена в плоскости фермы (конструкции), а меньшая - из плоскости. Стержневые элементы нижнего пояса 2 и раскосы 3 имеют сечения, большая диагональ которых расположена из плоскости фермы (конструкции), а меньшая - в плоскости. В местах, предусмотренных проектом под бесфасоночные узловые соединения поясов со стержнями решетки между ними, ромбический профиль поясных элементов сплющивают с образованием площадок, необходимых и достаточных для удобного размещения, центровки и надежного закрепления всех сходящихся в каждом узле элементов (включая детали подвесных потолков, подвесных кранов, инженерных коммуникаций, технологического оборудования и т.д.). Ромбическому профилю стержневых элементов решетки после сплющивания в нужных местах двойными гибами придают V- или W-образное (зигзагообразное) очертание.

Формирование переходной и сплющенной частей стержневых элементов трубчатого сечения поясов и решетки между ними рекомендуется производить с обеспечением уклона переходного участка 1/6... 1/4 [1. Трофимов В.И., Каминский A.M. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - С. 152; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 102]. По линиям двойных гибов образуются листовые шарниры, расстояние между которыми можно подобрать из условия абсолютной центровки бесфасоночных узлов фермы как с треугольной решеткой, так и раскосной. Между этими шарнирами сплющенный участок ромбического профиля решетки подкрепляет такой же участок ромбического профиля поясного элемента, одновременно обеспечивая необходимое и достаточное размещение сварных швов. Последние должны рассчитываться лишь на разность усилий в примыкающих раскосах 3 и 4 треугольной решетки или раскосе 3 и стойке 5 раскосной, а свариваться они могут в самом удобном (нижнем) положении. В собранной и сваренной конструкции (ферме) оптимальный угол наклона раскосов треугольной решетки составляет 45...50°, раскосной решетки - 30...35° [Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Изд. Центр "Академия", 2002. - С. 267].

Для сравнения предлагаемого (нового) технического решения с известным в качестве базового объекта приняты три варианта стальной фермы покрытия промышленного здания пролетом 18 м из замкнутых гнутосварных профилей.

1. Стропильная ферма из гнутосварных профилей прямоугольного (квадратного) сечения [Кузин Н.Я. Проектирование и расчет стальных ферм покрытий промышленных зданий: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 1998. -С. 157-172].

2. Ферма из квадратных труб (профилей) [Кузнецов А.Ф., Кузнецов В.А. Ферма из квадратных труб. - Патент №116877, 10.06.2012, бюл. №16].

Расход материла сравниваемых вариантов приведен в таблице, из которой видно, что в новом решении он уменьшается на 3,26... 11,23%.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в зависимости от проектных решений определенным подбором отношения диагоналей сечения ромбических труб (замкнутых гнутосварных профилей), а также расположением этих диагоналей в осевой плоскости конструкции (фермы) или из плоскости с учетом знака усилий в стержневых элементах (растяжения или сжатия) регулировать напряженно-деформированное состояние конструкции. Такое регулирование обеспечивает оптимизацию физико-механических свойств и технико-экономических характеристик несущих конструкций зданий и сооружений. При этом появляется возможность в качестве исходных заготовок для ромбических профилей применить соответствующие им по калибру квадратные трубы, что может привести к дополнительному положительному эффекту. В качестве заводских соединений таких заготовок вполне применимы сварные стыки с продольными прорезями [Марутян А.С., Кобалия Т.Л., Павленко Ю.И. Сварное стыковое соединение трубчатых стержней. - Патент №2429329, 20.09.2011, бюл. №26], которые проще размещать на участках, свободных от сплющивания. В стержневых элементах решетки знаки усилий чередуются, поэтому после сплющивания квадратных заготовок их целесообразно прессовать в той же последовательности с необходимым расположением большой и меньшей диагоналей сечения в плоскости и из плоскости конструкции.

Ферма из ромбических труб

(гнутосварных профилей)

Ферма из трубчатых элементов, включающая пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, изготовленную со сплющенными концами из изогнутых элементов V- или W-образного (зигзагообразного) очертания, отличающаяся тем, что стержни фермы выполнены ромбической формы с отношением диагоналей 1/2, где у всех сжатых стержней большая диагональ расположена в плоскости конструкции, меньшая диагональ - из плоскости, а у всех растянутых стержней меньшая диагональ расположена в плоскости конструкции, а большая - из плоскости, причем верхний и нижний пояса в местах бесфасоночных примыканий решетки сплющены.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для перекрытия зданий и сооружений, создания навесов, а также для размещения антенных и радиопередающих установок на определенной высоте над землей.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при монтаже шпренгельных ферм в покрытиях зданий и сооружений различного назначения. Техническая задача изобретения - уменьшение расходов на транспортировку шпренгельной фермы на строительную площадку и упрощение ее монтажа.

Изобретение относится к строительству, а именно к длинномерным строительным металлическим решетчатым конструкциям с трубчатыми поясами и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других несущих конструкций.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления облегченной арочной балки. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к решетчатой конструкции. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к сквозному прогону. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к сквозному прогону. .

Изобретение относится к области строительства, а именно к решетчатым конструкциям, используемым преимущественно при строительстве мачт, башен и т.п. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления шпренгельной решетчатой конструкции. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении несущих металлических конструкций. .

Изобретение относится к строительству, в частности узлу рессорного типа опирания Z-образных прогонов на несущие конструкции здания. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности и надежности узла опирания.

Изобретение относится к области строительства, а именно к узлам соединения трубчатых стержней, которые предназначены для изготовления опор линий электропередач, опор сотовой связи, опор для ветрогенераторных установок и т.д.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для многоэтажных и высотных зданий, возводимых в районах с сейсмической активностью. Контактное винтовое стыковое соединение сборных железобетонных колонн включает в себя концевые участки стыкуемых колонн и размещенную в нижнем концевом участке верхней колонны закладную деталь, выполненную в виде торцевой пластины с угловыми отверстиями под анкерные шпильки и оснащенную уголками для образования ниш, к которым приварены анкерные стержни.

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к фланцевому стыку растянутых элементов. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности фланцевого соединения с одновременным снижением расхода материалов.

Изобретение относится к ферменным конструкциям. Способ соединения поясных стержневых элементов ферменной конструкции, по которому поясные стержневые элементы соединяют с соответствующими соединительными стержневыми элементами и/или с соответствующими поясными стержневыми элементами ферменной секции.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в узловых соединениях стержневых элементов пространственного каркаса зданий и сооружений.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу соединения тонкостенных элементов открытого сечения, которые могут быть использованы, например, при монтаже арок.

Изобретение относится к области строительства и касается опорных узлов ферм. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности ферм из швеллеров путем уменьшения изгибных напряжений в поясах фермы.

Изобретение относится к строительству, в частности к стержневой пространственной конструкции. Технический результат изобретения - снижение трудоемкости изготовления и повышение надежности узлового соединения.

Изобретение относится к области строительства, а именно к узлам соединения трубчатых стержней, которые реализуются при изготовлении опор линий электропередач, опор сотовой связи и т.д.

Изобретение относится к строительству, а именно к длинномерным несущим решетчатым конструкциям, и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других несущих конструкций. Несущая конструкция с решеткой из овальной трубы включает пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, выполненную со сплющенными концами из изогнутых элементов зигзагообразного очертания, причем стержневые элементы решетки имеют овальное сечение с отношением габаритов 1/2,5, где больший габарит расположен в плоскости конструкции, а меньший - из плоскости. Технический результат - повышение несущей способности конструкции с уменьшением расхода ее конструкционного материала. 4 ил., 2 табл.
Наверх