Треугольная решетка стержневых конструкций с дополнительными полустойками и полураскосами (y-образными стойками)

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в стержневых конструкциях покрытий (перекрытий) зданий и сооружений различного назначения. Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение количества узловых соединений стержневых элементов решетки, сокращение дополнительных трудозатрат и расхода конструкционного материала. Указанный технический результат достигается тем, что треугольная решетка стержневых конструкций помимо верхнего (сжатого) пояса, нижнего (растянутого) пояса и раскосов между ними снабжена также дополнительными полустойками и полураскосами, имеющими Y-образное очертание. Каждый из пар этих полураскосов одним концом соединен с верхним поясом, а другим концом оперт на полустойку. Причем верхние узловые соединения полураскосов (верхних стержней Y-образных стоек) делят панели верхнего пояса на три части, а нижние узловые соединения полустоек (нижних стержней Y-образных стоек) совмещены с узловыми соединениями нижнего пояса и раскосов решетки. 2 табл., 9 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в стержневых конструкциях покрытий (перекрытий) зданий и сооружений различного назначения.

Известны стержневые конструкции (фермы), поддерживающие прогоны кровельного ограждения или балки настила, к треугольной решетке которых часто добавляют дополнительные стойки, позволяющие при необходимости сокращать расстояния между узлами. Эти стойки получаются сравнительно легкими, так как работают только на местную нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы. Они целесообразны также для уменьшения расчетной длины сжатого пояса [1. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 419-421, рис. 7.5, в, г; 2. Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - С. 263, 268-269, рис. 9.6, в, г]. Недостатком такого технического решения является наличие длинных сжатых стержневых элементов поясов и решетки, что сопровождается дополнительным расходом конструкционного материала для обеспечения их устойчивости.

Известны также стержневые конструкции (фермы) с параллельными поясами, треугольная решетка которых снабжена дополнительными стойками и полустойками. Каждая из этих полустоек одним концом прикреплена к раскосу, а другим концом - к нижнему поясу, что способствует снижению расхода конструкционного материала за счет уменьшения расчетной длины раскосных стержней решетки [Беккер Г.Н. Ферма с параллельными поясами. - Авторское свидетельство №781293, 23.11.1980, бюл. №43]. Недостаток этого технического решения заключается в том, что дополнительные полустойки (в отличие от дополнительных стоек) не работают на местную нагрузку и выполняют функции связевых элементов только в плоскости решетки, не влияя на расчетную длину раскосных стержней из плоскости решетки.

Известным техническим решением является шпренгельная решетка, включающая в свой состав раскосы и дополнительные стойки, а также полураскосы и полустойки. Такую решетку используют при внеузловом приложении к верхнему поясу сосредоточенных нагрузок, а также при необходимости уменьшения расчетной длины сжатого пояса. Она более трудоемка, чем треугольная решетка, однако в результате исключения работы сжатого пояса на изгиб и сокращения его расчетной длины обеспечивает снижение расхода конструкционного материала [1. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 420-421, рис. 7.6, д; 2. Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - С. 264, 269, рис. 9.7, д]. Недостаток шпренгельной решетки представляет собой значительное количество отличающихся друг от друга стержневых элементов, что, являясь причиной существенной многодельности, вызывает дополнительные трудозатраты и расход конструкционного материала.

Еще одно известное техническое решение представляет собой арочно-вантовое комбинированное покрытие, включающее арочный верхний пояс, провисающую ломаную затяжку и объединяющие их элементы в виде Y-образных стоек. Все узловые сопряжения стержневых элементов выполнены без использования шарниров, а расстояния между ними имеют определенные соотношения друг с другом и пролетом конструкции [Еремеев П.Г., Киселев Д.Б., Павлинов В.В. Арочно-вантовое комбинированное покрытие. - Патент №2396396, 10.08.2010, бюл. №22]. Для обеспечения геометрической неизменяемости комбинированного покрытия его стержневые элементы, а также их узловые соединения должны обладать необходимой жесткостью на изгиб, что увеличивает расход конструкционного материала.

Наиболее близким известным техническим решением (принятым за прототип) к предлагаемой треугольной решетке с дополнительными полустойками и полураскосами (Y-образными стойками) является треугольная решетка с дополнительными стойками и полураскосами [Марутян А.С. Треугольная решетка стержневых конструкций с дополнительными стойками и полураскосами. - Патент №2573889, 27.01.2016, бюл. №3]. Дополнительные стойки и полураскосы имеют Ψ-образное очертание и в конструкциях (фермах) с треугольной решеткой делят панели верхних поясов на четыре, как правило, равные части. При этом длина полураскосов дополнительных стоек Ψ-образного очертания достигает половины длины раскосов треугольной решетки, что увеличивает материалоемкость конструкции. Кроме того, Ψ-образные стойки нуждаются в определенной переработке, когда панели верхних поясов вполне достаточно разделить не на четыре, а на три части.

Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение количества узловых соединений стержневых элементов решетки, сокращение дополнительных трудозатрат и расхода конструкционного материала.

Указанный технический результат достигается тем, что треугольная решетка стержневых конструкций помимо верхнего (сжатого) пояса, нижнего (растянутого) пояса и раскосов между ними, снабжена также дополнительными полустойками и полураскосами, имеющими Y-образное очертание. Каждый из пар этих полураскосов одним концом соединен с верхним поясом, а другим концом оперт на полустойку. Причем верхние узловые соединения полураскосов (верхних стержней Y-образных стоек) делят панели верхнего пояса на три части, а нижние узловые соединения полустоек (нижних стержней Y-образных стоек) совмещены с узловыми соединениями нижнего пояса и раскосов решетки.

Предлагаемое техническое решение достаточно универсально. В нем дополнительные полураскосы имеют двойное функциональное назначение. Работая на местную нагрузку, они догружают сравнительно легкие полустойки решетки и с ними вместе не участвуют в передаче на опору поперечной силы. Вместе с тем как связевые элементы они уменьшают расчетную длину сжатого пояса. Аналогичная эффективность применительно к прототипу (треугольной решетке с дополнительными стойками и полураскосами) достижима в результате совместной работы более протяженных по длине стоек и более протяженных по длине полураскосов. Здесь очевидно, что в предложенной решетке одновременно сокращаются как протяженности стержневых элементов, так и общее количество их соединительных узлов. Универсальность такого решения обеспечивает эффективность его применения в беспрогонных покрытиях. Рационально оно не только в стержневых конструкциях с параллельными поясами или трапециевидного очертания, но и в треугольных фермах. Последнее обстоятельство особенно заметно в треугольных фермах системы Полонсо, а также по терминологии академика В.Г. Шухова в рациональных фермах 2-го класса [Шухов В.Г. Строительная механика. Избранные труды. - М.: Наука, 1977. - С. 71-82, рис. 6, 8].

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показана схема треугольной решетки стержневой конструкции с параллельными поясами, дополнительными полустойками и полураскосами, имеющими Y-образное очертание; на фиг. 2 - схема стержневой конструкции, аналогичной фермам системы Полонсо; на фиг. 3 -схема стержневой конструкции, аналогичной рациональным фермам 2-го класса; на фиг. 4 приведены схема 36-метровой фермы с треугольной решеткой и дополнительными стойками из гнутосварных профилей с уклоном 10%, а также значения коэффициентов использования элементов сечением 140×140×8 мм под нагрузку 2,1 тс/м (140×140×5 мм под нагрузку 1,3 тс/м); на фиг. 5 - схема 36-метровой фермы с треугольной решеткой, дополнительными стойками и полураскосами Ψ-образного очертания из гнутосварных профилей с уклоном 10%, а также значения коэффициентов использования элементов сечением 140×140×8 мм под нагрузку 2,1 тс/м (140×140×5 мм под нагрузку 1,3 тс/м); на фиг. 6 - схема 36-метровой фермы с треугольной решеткой, дополнительными полустойками и полураскосами Y-образного очертания из гнутосварных профилей с уклоном 10%, а также значения коэффициентов использования элементов сечением 140×140×8 мм под нагрузку 2,1 тс/м (140×140×5 мм под нагрузку 1,3 тс/м); на фиг. 7 - схема 36-метровой фермы с треугольной решеткой, дополнительными стойками, полустойками и полураскосами Y-образного очертания из гнутосварных профилей с уклоном 10%, а также значения коэффициентов использования элементов сечением 140×140×8 мм под нагрузку 2,1 тс/м (140×140×5 мм под нагрузку 1,3 тс/м); на фиг. 8 представлена схема 36-метровой фермы с треугольной решеткой, дополнительными стойками и Ψ-образной стойкой из гнутосварных профилей с уклоном 1,5%, а также значения коэффициентов использования элементов сечением 140×140×8 мм под нагрузку 1,5 тс/м (140×140×5 мм под нагрузку 1,0 тс/м); на фиг. 9 - схема 36-метровой фермы с треугольной решеткой, дополнительными стойками и Y-образной стойкой из гнутосварных профилей с уклоном 1,5%, а также значения коэффициентов использования элементов сечением 140×140×8 мм под нагрузку 1,5 тс/м (140×140×5 мм под нагрузку 1,0 тс/м).

Предлагаемая треугольная решетка стержневых конструкций включает верхний (сжатый) пояс 1, нижний (растянутый) пояс 2, раскосы 3, дополнительные полустойки 4 и полураскосы 5. Верхними своими торцами дополнительные полураскосы 5 примыкают к панелям верхнего пояса 1, а нижними торцами они опираются на дополнительные полустойки 4, совместно с которыми составляют стержневые элементы решетки в виде стоек Y-образного очертания. Верхние узловые соединения полураскосов 5 (верхних стержней Y-образных стоек) делят панели верхнего пояса 1 на три части. Нижние узловые соединения полустоек 4 (нижних стержней Y-образных стоек) совмещаются с узловыми соединениями нижних поясов 2 и раскосов 3 решетки.

Стержневая конструкция, аналогичная рациональным фермам 2-го класса, наряду с верхним (сжатым) поясом 1, нижним (растянутым) поясом 2, раскосами 3 содержит в числе основных своих стержневых элементов также и стойки 6, а дополнительные полустойки 4 и полураскосы 5, как и в предыдущих случаях, имеют Y-образное форму.

Для определения общего количества узловых соединений стержневых элементов решетки в предложенном техническом решении и его прототипе целесообразно использовать табличную форму расчета (таблица 1), откуда видно, что уменьшение числа узлов составляет:

31/26=1,19 раза - в стержневой конструкции с параллельными поясами;

13/11=1,18 раза - в стержневой конструкции, аналогичной фермам системы Полонсо;

25/21=1,19 раза - в стержневой конструкции, аналогичной рациональным фермам 2-го класса.

Кроме того, для сравнения предлагаемого (нового) технического решения с известными в качестве базового объекта принята стержневая конструкция (ферма) беспрогонного покрытия из замкнутых гнутосварных профилей (профильных труб) прямоугольного сечения по ГОСТ Р 54157-2010, где решетка принималась:

1) треугольной; 2) треугольной с дополнительными стойками; 3) шпренгельной; 4) треугольной с дополнительными стойками и полураскосами (Ψ-образными стойками) - известные решения; 5) треугольной с дополнительными полустойками и полураскосами (Y-образными стойками) - предложенное решение (таблица 2).

При этом общие для всех вариантов исходные данные составили:

1) пролет фермы l=20 м, высота h=2 м (h/l=1/10), угол наклона раскосов α=45°;

2) расчетная нагрузка q=1280 кгс/м;

3) расчетное сопротивление конструкционного материала Ry=2100 кгс/см2;

4) узловые соединения стержней решетки и поясов выполнены бесфасоночными, с учетом недопущения продавливания или выдергивания (0,6≤b/В, где b - ширина сечения стержня решетки, В - ширина сечения пояса);

5) минимальная толщина стенок стержней решетки и поясов tmin=3 мм.

Как видно из таблицы 2, в предлагаемом (новом) техническом решении расход конструкционного материала (стали) снижен на 4,7…16,3%, а протяженность дополнительных стержневых элементов по длине сокращена в 1,5 раза при замене Ψ-образных стоек на Y-образные.

Перспектива рационального использования предлагаемого технического решения открывается при проектировании стандартизированных ферменных конструкций из прямоугольных гнутосварных профилей пролетом 36 м [Барановский М.Ю., Тарасов В.А. Стандартизированные ферменные конструкции с уклоном 10% пролетами 24, 30, 36 метров. - Строительство уникальных зданий и сооружений, 2014, №7(22). - С. 92-106]. Здесь спроектированная серия конструкций по сравнению с аналогичными фермами типа «Молодечно» оказалась менее металлоемкой за счет уменьшения сечения верхнего пояса при введении в треугольную решетку дополнительных стоек. В частности, для верхних и нижних поясов 36-метровых ферм приняты квадратные трубы сечениями 140×140×8 мм под нагрузку 2,1 тс/м и 140×140×5 мм под нагрузку 1,3 тс/м. Полученные результаты показали, что сечение 140×140×8 мм (140×140×5 мм) в верхнем поясе имеет коэффициент использования элементов 0,98…1,0 (0,95…0,96), а в нижнем поясе - 0,92 (0,88). Применение в треугольной решетке дополнительных стоек позволило унифицировать сечения верхнего и нижнего поясов. Однако нижний пояс оказался менее нагруженным в сравнении с верхним поясом, который на приопорных участках пролета остался практически с нулевым запасом несущей способности.

Определенной разгрузкой верхнего пояса и соответствующим увеличением запаса несущей способности сопровождается замена в треугольной решетке обычных дополнительных стоек на дополнительные стойки и полураскосы Ψ-образного очертания (прототип) или дополнительные полустойки и полураскосы Y-образной формы (предлагаемое решение). В одной и той же треугольной решетке при этом возможно также сочетание обычных стоек с Ψ-образными стойками или Y-образными стойками. Введение Ψ-образных стоек уменьшило коэффициент использования элементов верхнего пояса для сечения 140×140×8 мм (140×140×5 мм) до 0,93…0,94 (0,90…0,91), а Y-образных стоек для тех же сечений - до 0,94…0,96 (0,92…0,93). По расходу конструкционного материала более предпочтительны Y-образные стойки, так как у них по сравнению с Ψ-образными стойками количество узловых соединений меньше и суммарная длина в 1,5 раза короче. Дополнительный положительный эффект можно получить, если Y-образные стойки установить только в приопорных зонах 36-метровых ферм с уклоном 10%, а обычные стойки оставить в середине пролета.

Не менее эффективны обычные стойки, Ψ-образные стойки, Y-образные стойки, а также их сочетания в треугольных решетках малоуклонных ферменных конструкций с параллельными поясами из гнутосварных профилей типа «Молодечно» [Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24 и 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно»: типовой проект: серия 1.460.3-14 / разраб. ГПИ Ленпроектстальконструкция. - Госстрой СССР, 1980. - 135 с: чертежи КМ]. Так, например, проработаны 36-метровые фермы с уклоном 1,5%, где для верхних и нижних поясов приняты квадратные трубы сечениями 140×140×8 мм под нагрузку 1,5 тс/м и 140×140×5 мм под нагрузку 1,0 тс/м. Для этих конструкций обычные стойки в сочетании с одной Ψ-образной стойкой или одной Y-образной стойкой необходимы не по всей длине пролета, а только в средней его части. При использовании Ψ-образной стойки (прототип) сечение 140×140×8 мм (140×140×5 мм) в верхнем поясе имеет коэффициент использования элементов 0,41…0,94 (0,42…0,96), а в нижнем поясе - 0,29…0,93 (0,30…0,96). В случае применения Y-образной стойки (предлагаемое решение) сечение 140×140×8 мм (140×140×5 мм) в верхнем поясе имеет коэффициент использования элементов 0,41…0,97 (0,42…0,99), а в нижнем поясе - 0,29…0,93 (0,30…0,96).

Подводя итоги, можно прийти к выводу, что Y-образные стойки (предлагаемое решение), как и Ψ-образные стойки (прототип), совмещают в треугольных решетках стержневых конструкций функции силовых и связевых элементов. В предлагаемом решении суммарная длина этих элементов существенно короче, а количество их узловых соединений меньше, что, снижая трудоемкость и сокращая расход материала, обеспечивает положительный эффект и делает такое решение более предпочтительным для стрежневых конструкций зданий и сооружений.

Треугольная решетка стержневых конструкций с верхним (сжатым) поясом, нижним (растянутым) поясом и раскосами между ними, снабженная дополнительными полустойками и полураскосами Y-образного очертания (Y-образными стойками), отличающаяся тем, что верхние узловые соединения полураскосов (верхних стержней Y-образных стоек) делят панели верхнего пояса на три части, а нижние узловые соединения полустоек (нижних стержней Y-образных стоек) совмещены с узловыми соединениями нижнего пояса и раскосов решетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Способ возведения высокопрочных стержневых элементов из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации включает применение стержневого элемента, состоящего из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и, или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и, или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным и, или заклепочным и, или винтовым способами.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Высокопрочный стержневой элемент из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации состоит из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным и/или заклепочным и/или винтовым способами.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Стержневой строительный элемент для возведения зданий, сооружений на ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации состоит из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным, и/или заклепочным, и/или винтовым способами, при этом стержневые и/или пластинчатые элементы могут иметь перфорацию и/или отверстия одинаковой различной геометрической формы.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Способ возведения зданий, сооружений из стержневых элементов на ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации включает применение стержневого элемента, состоящего из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным, и/или заклепочным, и/или винтовым способами.

Изобретение относится к конструкции подвесного потолка и, в частности, к основной направляющей траверсе подвесного крепления. Подвесное крепление несущей рейки содержит металлическую рейку, имеющую множество верхних отверстий, размещенных на расстоянии друг от друга, нижнюю часть, включающую в себя нижнюю кромку, содержащую серию равномерно разнесенных по длине посадочных гнезд, выполненных с возможностью размещения в них полого колбообразного хвостовика анкера несущей рейки каркаса, проходящей перпендикулярно подвесному креплению; посадочное гнездо имеет пару продольно расположенных на расстоянии друг от друга уступов, выполненных с возможностью поддержки нижних сторон анкерного колбообразного хвостовика; посадочным гнездам придана отгибаемая полка, являющаяся несущей поверхностью для одного из уступов, причем полки отогнуты прецизионным машинным способом на угол относительно плоскости нижней части, позволяющий вставлять колбообразный хвостовик анкера несущей рейки каркаса в наклонном положении в соответствующее посадочное гнездо и предотвращающий выпадение колбообразного хвостовика из посадочного гнезда при нахождении несущей рейки в вертикальном положении.

Изобретение относится к строительству, к каркасным зданиям рамного типа. Здание комплектной поставки включает ригели (или их части) и стойки (или их части) каркаса, состоящие из универсальных типовых элементов, содержащих переменно-гофрированную стенку, либо из комплекса универсальных типовых элементов, одна часть из которых, расположенная на участках интенсивных поперечных сил и/или крутящих моментов, содержит традиционно или переменно-гофрированную стенку, а другая часть элементов, расположенных на участке с высокой интенсивностью изгибающих моментов и сравнительно малой интенсивностью поперечных сил и/или крутящих моментов, содержит плоскую стенку.

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 строительству, к несущим балочным конструкциям промышленных и гражданских зданий и сооружений. Балка с континуально-подкрепленной стенкой, содержит сжатый и растянутый пояса и стенку, причем плоская стенка на участках действия значительных по интенсивности поперечных сил и/или крутящих моментов усилена преимущественно поперечно установленными ребрами жесткости в виде преимущественно металлических профилей, примыкающих друг к другу с зазором, обеспечивающим выполнение надежного соединения ребер между собой и со стенкой, при этом профиль и калибр ребер могут меняться по длине стенки в соответствии с изменением интенсивности действующих усилий.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущей конструкции различных зданий и сооружений, в том числе эксплуатируемых в условиях химически агрессивных сред, а также в случаях, когда к конструкциям предъявляют требования немагнитности или недопустимости искрообразования.

Изобретение относится к длинномерному полому многостороннему профилю. Технический результат: снижение трудоемкости при соединении профиля к другим компонентам, снижение трудовых затрат.

Изобретение относится к области строительства, в частности к пространственным конструкциям. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкции жесткости для несущих плит перекрытий в зданиях. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к пространственным конструкциям, и может быть использовано в качестве покрытий и перекрытий гражданских, общественных и промышленных зданий.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве как новых, так и усилении существующих покрытий зданий. .

Изобретение относится к устройству для отопления и/или охлаждения помещений, например жилых и служебных помещений, с помощью труб с проходящими в них теплоносителем или охлаждающей средой, которые уложены в теплопроводящий слой, например, из затвердевшего гидравлического связующего, который соединен с несущей плитой из плохо проводящего тепло материала.

Покрытие // 606970

Изобретение относится к области строительства, в частности к быстровозводимым каркасным зданиям. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности конструкции.

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в стержневых конструкциях покрытий зданий и сооружений различного назначения. Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение количества узловых соединений стержневых элементов решетки, сокращение дополнительных трудозатрат и расхода конструкционного материала. Указанный технический результат достигается тем, что треугольная решетка стержневых конструкций помимо верхнего пояса, нижнего пояса и раскосов между ними снабжена также дополнительными полустойками и полураскосами, имеющими Y-образное очертание. Каждый из пар этих полураскосов одним концом соединен с верхним поясом, а другим концом оперт на полустойку. Причем верхние узловые соединения полураскосов делят панели верхнего пояса на три части, а нижние узловые соединения полустоек совмещены с узловыми соединениями нижнего пояса и раскосов решетки. 2 табл., 9 ил.

Наверх