Узел рамы с затяжкой

Полезная модель относится к области строительства, в частности к конструкциям рамных каркасов зданий с элементами из стальных тонкостенных профилей.
Известны одно- и многопролетные рамы инвентарных зданий из складывающихся секций, разработанные специалистами кафедры архитектуры Уральского политехнического института (см. Металлические конструкции. В 3 т. Т.2. Стальные конструкции зданий и сооружений. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова -  М.: Издательство АСВ, 1998. -  512с, стр.236).
Наиболее близким техническим решением является  металлическая рама каркаса здания, включающая двускатный ригель, наклонные стойки, затяжки и узлы соединения, внешние концы ригеля соединены одновременно с вершинами стоек и верхними концами наклонных затяжек, нижние концы которых соединены одновременно с верхними концами вертикальных затяжек и с нижними концами наклонных раскосов, а промежуточный участок и верхний конец каждого раскоса соединены соответственно с промежуточными участками наклонной стойки и ската ригеля, при этом угол наклона к горизонту наклонной затяжки превышает угол наклона стойки, а угол наклона раскоса превышает угол наклона наклонной затяжки, кроме того все узлы соединения элементов рамы, кроме узлов соединения нижних концов вертикальных затяжек с основаниями стоек (см. патент RU 2040645, E04В1/24, опубл. 25.07.1995).
Недостатки такой рамы обусловлены очевидной сложностью узлов соединения ее элементов, кроме того, наличие в конструкции наклонных стоек приводит к увеличению горизонтальных усилий на фундаменты здания. Предусмотренные конструкций наклонные элементы - раскосы, усложняют монтаж конструкции, создают дополнительные усилия в местах соединения с ригелем рамы.
Задачи заявляемой полезной модели:
– повышение несущей способности каркаса;
– снижение веса, металлоемкости конструкции и трудоемкости при монтаже.
Указанные задачи достигается следующим:
- стойки и балки рамы объединяются в узлах без дополнительных фасонок;
- в уровне узлов сопряжения ригеля с колонной предусмотрена горизонтальная затяжка из высокопрочной стали, круглого прокатного профиля;
- в затяжке создается предварительное натяжение для восприятия горизонтальных усилий в уровне карнизных узлов рамы;
- использование затяжки позволяет снизить усилия в стойках рамы.
- устройство затяжки позволяет применять двух- и трехшарнирные рамы, что упрощает узловые соединения;
- использование горизонтальных затяжек позволяет сократить неэффективный объем помещений в уровне карнизных узлов рамы;
- затяжка прикрепляется одновременно к ригелю и стойкам рамы с помощью фланцевой пластины укрепленной ребром жескости. Пластина создает дополнительную жескость в узле сопряжения ригеля со стойками;
- применение болтовых и винтовых соединений обеспечивает сокращение сроков монтажа и сборно-разборность конструкции.
Сущность полезной модели заключается в том, что узел  рамы с затяжкой включает стойки, двухскатный ригель, затяжку, прикрепляемую одновременно к ригелю и стойкам рамы с помощью фланцевой пластины, укрепленной ребром жескости, в уровне карнизных узлов, при этом стойки и ригель выполнены двухветвевыми сквозного поперечного сечения, ветви предусматриваются из тонкостенных стальных профилей, ветви стоек и ригеля объединяются соединительными планками и диафрагмами, планки выполнены из стального листового проката, а диафрагмы - из тонкостенного профиля С-образного сечения.
Технический результат полезной модели заключается в повышении несущей способности рамных каркасов зданий с элементами  из тонкостенных стальных профилей. Применение легких тонкостенных профилей приводит также к снижению трудоемкости изготовления и монтажа строительной конструкции, сокращению сроков проектирования и строительства объекта. Использование горизонтальных затяжек позволяет сократить неэффективный объем помещений в уровне карнизных узлов рамы. По статическим схемам рамы можно разделить на следующие: двух-,  трехшарнирные рамы и рамы с опорными жесткими узлами (бесшарнирная).
Сравнение результатов статических расчетов показало, что установка затяжек в уровне карнизных узлов является наиболее рациональной по расходу стали. Применение Фланцевой пластины в узле укрепленной ребром повышает жесткость узла и общую несущую способность рамы .
Полезная модель поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 – конструктивная схема рамы;
на фиг. 2 – статическая схема двухшарнирной рамы;
на фиг. 3 – статическая схема трехшарнирной рамы;
на фиг. 4 – статическая схема рамы с жесткими опорными узлами;
на фиг. 5 – карнизный узел;
на фиг. 6 – разрез а-а к карнизному узлу.
Основными элементами узла являются стойка 1 и двускатный ригель 2. Стойка 1 и двускатный ригель 2 двухветвевые, ветви выполнены из тонкостенных стальных профилей С-образного сечения. Для обеспечения совместной работы двухветвевых элементов устанавливаются соединительные планки 3 и диафрагмы 4. Стойка 1 и ригель 2 объединяются в узле с помощью самонарезающих винтов 5 (см. узел А).  Затяжка 6 предусматривается из круглой стали. Затяжка 6 прикрепляется  с помощью болтов 7 и фланцевой пластины 8 укрепленной ребром жескости 9. Фланцевая пластина 8 состоит из двух стальных листов сваренных между собой в виде тавра и крепится в уровне карнизного узла рамы  болтами 7.
Работа элементов рамы под нагрузкой происходит следующим образом. Рамы, показанные на фигурах 2-4, представляют собой основные несущие элементы здания. В узле стойка 1 и ригель 2 работают на одновременное действие сжатия и изгиба. Затяжка 6 обеспечивает жесткость и геометрическую неизменяемость рамы, работает на растягивающие усилия. Фланцевая пластина укрепленная ребром жескости повышает жескость сопряжения ригеля со стойкой рамы, позволяет передавать пару сил от узлового момента. Соединительные элементы рамы в узлах следует рассчитывать на смятие и срез от действия внутренних усилий.
Область применения данного решения рамы являются легкие стальные каркасы зданий.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено в промышленных условиях цехов больших и средних заводов с использованием стандартного оборудования, которое выпускается как отечественной, так и зарубежной промышленностью, а затем смонтировано на строительной площадке.