Способ создания балочного элемента металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками
Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству из металлоконструкций. Способ создания балочного элемента металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками. На ширине опирания балочного элемента устанавливают два стержневых элемента с размером полок в два раза меньшим ширины опирания балочного элемента или три стержневых элемента с размерами полок в три раза меньшими ширины опирания балочного элемента и так далее, или на ширине опирания балочного элемента устанавливают два стержневых элемента с шириной полок, равной половине ширины опирания балочного элемента, уменьшенной на толщину пластинчатых элементов, или на ширине опирания балочного элемента устанавливают три стержневых элемента с шириной полок, равной одной третьей ширины опирания балочного элемента, уменьшенной на толщину пластинчатых элементов. Высота стенки профиля может быть уменьшена на толщину пластинчатых элементов, а стержневые элементы могут быть произвольного профиля, иметь различную ориентацию относительно друг друга, располагаться вплотную или через расстояние и соединяться между собой и в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами. Стержневые и пластинчатые элементы соединены друг с другом сварным, заклепочным или винтовым способами и имеют перфорацию, или одно, или несколько отверстий произвольной формы, а также пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины балочного элемента. Технический результат состоит в снижении расхода материала на изготовление балочного элемента, его массы и стоимости, повышении прочностных и эксплуатационных характеристик, а именно: уменьшение кручения в тонкостенных стержнях, увеличение несущей способности, геометрической неизменяемости и устойчивости. 2 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству из металлоконструкций.
В настоящее время актуальным направлением является строительство в Арктической зоне РФ (стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года. Цитируется по: URL: www.minregion.ru/upload/02_dtp/101001_str.doc. Дата обращения: 23.11.2014). При строительстве в таких условиях могут быть применены конструкции из горячекатаных металлических элементов, а также из холодногнутых профилей - технология строительства быстровозводимых сооружений с использованием каркасной системы из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). Конструкции из ЛСТК широко используются в строительной индустрии. В научной литературе имеется множество технических решений, предложено несколько подходов к расчету стержневых конструкций из холодногнутой стали. Однако аварий с каждым годом не становится меньше.
Из уровня техники известны способы возведения металлических конструкций, изложенные в Брудка Я., Лубиньски М. Легкие стальные конструкции. Изд. 2-е, доп. Пер. с польск. Под ред. С.С. Кармилова. - М.: Стройиздат, 1974, Трофимов В.И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений (разработка конструкций, исследования, расчет, изготовление, монтаж): Учеб. пособ. - М.: АСВ, 2002. - 576 с. Балочные элементы, полученные путем холодного загиба, подвержены кручению, имеют низкие показатели жесткости и устойчивости. Однако суровые климатические условия Арктической зоны вынуждают обеспечивать высокие прочностные и эксплуатационные характеристики несущих конструкций зданий, сооружений при их относительно малом весе.
Задачей изобретения является создание способа возведения балочного элемента металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками.
Технический результат заключается в снижении расхода материала на изготовление балочного элемента, его массы и стоимости, повышении прочностных и эксплуатационных характеристик, а именно: уменьшение кручения в тонкостенных стержнях, увеличение несущей способности, геометрической неизменяемости и устойчивости.
Конструкция изобретения приведена на фиг. 1, 2, где
1 - стержневой элемент;
2 - пластинчатый элемент;
3 - отверстия.
Способ создания балочного элемента металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками заключается в следующем.
Вариант 1: проектом установлено, что необходим монтаж металлической балки определенного сечения, ширина опирания полки которой равняется «а». Согласно новому техническому решению, на ширине опирания «а» устраиваются, например, два стержня с размерами полки, соответственно «а/2» (если три стержня, то «а/3» и так далее) при этом, для совместной работы, стержни соединяются между собой пластинчатыми элементами. Для еще большего увеличения несущей способности, жесткости и устойчивости общей конструкции балочного элемента стержневые элементы соединяются пластинчатыми элементами и в плоскости одного стержня. Таким образом, в работу вступают элементы добавленных стержней и пластинчатые элементы, которые значительно повысят прочностные и эксплуатационные характеристики балочного элемента, а именно: значительно уменьшат кручение в тонкостенных стержнях, увеличат несущую способность, придадут балочному элементу геометрическую неизменяемость и устойчивость.
Вариант 2: Расчетом установлено, что необходим монтаж балки определенного сечения, ширина опирания полки которой равняется «а». Согласного новому техническому решению, на ширине опирания «а» располагаются стержни совместно с пластинчатыми элементами.
Таким образом, вариант 1 позволяет пренебречь толщиной пластины, располагающейся в плоскости стержней, при проектировании балочного элемента конструкции. Аналогично и с высотой стенки профиля, то есть ее высота может быть подобрана с учетом толщины пластинчатых элементов и без их учета.
Снижение веса достигается тем, что в стержнях и в пластинчатых элементах выполняется перфорация или создаются отверстия различной геометрической формы, см. фиг. 2.
Напряженно-деформируемое состояние балочного элемента в значительной степени зависит от вида и места приложения нагрузки, вида сечения профилей, входящих в ее конструкцию, расстояния между ними, их ориентации относительно друг друга и способа крепления стержневых и пластинчатых элементов. Поэтому, в заявленном техническом решении стержни могут быть различного профиля. Ориентация профилей относительно друг друга также может быть различна. Пластинчатые элементы в рамках одного балочного элемента соединяют рядом расположенные стержни в горизонтальном и вертикальном направлениях. При креплении пластинчатого элемента в плоскости одного стержня пластинчатые элементы могут выступать в качестве дополнительной стенки. Стержни могут располагаться относительно друг друга вплотную или через расстояние. Соединение стержней с пластинчатыми элементами может быть реализовано, например, сварным, заклепочным или винтовым способами. В пластинчатых элементах могут быть выполнены отверстия, а также пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня, то есть к стержням крепится не одна, а много пластин. Толщины пластинчатых элементов могут быть различны и определяются расчетом в зависимости от требований к несущей способности, жесткости, устойчивости балки и др. Данные отличительные признаки влияют на механические характеристики изобретения и позволяют достичь заявленный технический результат.
Выполнение отверстия вдоль всего пластинчатого или стержневого элемента в некоторых случаях может привести к значительному снижению прочностных и эксплуатационных характеристик заявленного технического решения, поэтому целесообразно выполнение нескольких отверстий, например, вдоль длины стержня.
Общая композиция балочного элемента, состоящая из перечисленных отличительных признаков, имеет синергетический эффект - взаимное усиление действия, направленное на достижение технического результата, то есть комбинация отличительных признаков в отдельности и совместно с известным техническим решением дает гораздо больший эффект, чем сумма этих признаков по отдельности. Данный эффект обусловлен спецификой работы конструкции балочного элемента и его отдельных элементов, входящих в предложенную конструкцию балки. Так, например, когда ресурс несущей способности отдельного стержневого элемента или пластинчатого элемента балки еще не исчерпан, общая конструкция или ее отдельные элементы теряют устойчивость. Вертикальные и горизонтальные пластинчатые элементы совместно обеспечивают геометрическую неизменяемость стержневого элемента, значительно уменьшают кручение в тонкостенных стержнях, что позволяет использовать максимальный ресурс несущей способности стержня. Таким образом совместная работа пластинчатых и стержневых элементов в предложенном изобретении позволяет достичь высокие механические характеристики, чем их использование по отдельности.
Способ создания балочного элемента металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками может использоваться в промышленном и гражданском строительстве, при возведении конструкций на суще и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации.
Способ создания балочного элемента металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками, отличающийся тем, что на ширине опирания балочного элемента устанавливаются два стержневых элемента с размером полок в два раза меньшим ширины опирания балочного элемента или три стержневых элемента с размерами полок в три раза меньшими ширины опирания балочного элемента и так далее, или на ширине опирания балочного элемента устанавливаются два стержневых элемента с шириной полок, равной половине ширины опирания балочного элемента, уменьшенной на толщину пластинчатых элементов, или на ширине опирания балочного элемента устанавливаются три стержневых элемента с шириной полок, равной одной третьей ширины опирания балочного элемента, уменьшенной на толщину пластинчатых элементов, при этом высота стенки профиля может быть уменьшена на толщину пластинчатых элементов, а стержневые элементы могут быть произвольного профиля, иметь различную ориентацию относительно друг друга, располагаться вплотную или через расстояние и соединяться между собой и в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами, при этом стержневые и пластинчатые элементы соединены друг с другом сварным, заклепочным или винтовым способами и имеют перфорацию, или одно, или несколько отверстий произвольной формы, а также пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины балочного элемента.
