ПОКРЫТИЕ ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕКРЕСТНЫХ НЕСУЩЕЙ И СВЯЗЕВЫХ ФЕРМ ПОКРЫТИЯ
COVER OF BUILDING, STRUCTURE AND UNIT OF CONNECTION OF CROSS BEARING AND TRIANGULATED TRUSSES OF COVER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к строительству, более конкретно к несущим металлическим конструкциям покрытий зданий промышленного, назначения и сооружений типа стадионов, ангаров, мини-рынков и т.д.
Уровень техники
Известны конструкции покрытий, содержащих несущие фермы балочного, арочного или рамного типа, к верхнему поясу которых посредством соединительных уголков закреплены прогоны, выполняющие функции продольных связей и служащие для закрепления кровельного настила (см. кн. Металлические конструкции. В 3-х томах, т.2, Конструкции зданий: уч-к для строит. вузов./ Под ред. В.В.Горева. - М.: Высш. шк., 2002, стр.30, рис.1.17).
В качестве прогонов обычно используют простые балки из стального проката (тавра, швеллера, и т.п.) или же решетчатые конструкции. Однако все известные конструкции прогонов служат для связи ферм только по одному поясу, обычно верхнему, что не обеспечивает достаточной пространственной жесткости конструкции покрытия и требует формирования в нем дополнительных горизонтальных и вертикальных связей, что ведет к увеличению количества сборочных единиц, повышению металлоемкости покрытия и трудоемкости его монтажа.
Известно покрытие здания, содержащее арочные фермы, соединенные прогонами в виде горизонтальной балки, опертой на верхние пояса смежных ферм и выполненной с одной стороны со стойкой, к свободному концу которой закреплена вилка для удержания нижнего пояса фермы (см. патент на изобретение RU 2036284, МПК: E04B1/32, опубл. 27.05.1995). Однако такое решение при больших нагрузках не способно обеспечить необходимую жесткость конструкции покрытия.
Известна пространственная несущая конструкция покрытия здания, включающая перекрестные во взаимно перпендикулярных направлениях равновысокие фермы с поясами и решетками из замкнутого прямоугольного профиля (см. патент на изобретение SU 964083, МПК: E04B 5/14, опубл. 07.10.1982). Верхние и нижние пояса ферм одного направления расположены над одноименными поясами ферм другого направления и оперты на них. Для возможности монтажа нижние пояса ферм выполнены съемными, а соединение ферм осуществляется посредством сварки через верхние пояса. К недостаткам известной конструкции можно отнести трудоемкость монтажа длинномерных элементов и большую металлоемкость, обусловленную конструкцией ферм, выполненных несущими для обоих направлений.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого покрытия выбрана конструкция покрытия здания, сооружения (см. кн. Металлические конструкции. В 3-х томах, т.2, Конструкции зданий: уч-к для строит. вузов./ Под ред. В.В.Горева. - М.: Высш. шк., 2002, стр.120-123, рис.2.32), включающая несущие фермы и размещенные между ними связевые фермы с верхним и нижним поясами, пересекающимися в одном уровне с одноименными поясами несущих ферм. К недостаткам известного решения следует отнести большую металлоемкость, обусловленную конструкцией связевых ферм и использованием в некоторых случаях прогонов, а также трудоемкость монтажа конструкции, вследствие выполнения раздельных узлов соединений по верхнему и нижнему поясам ферм.
Известно неразъемное сварное соединение пересекающихся ферм покрытия, которые объединены между собой в решетчатую конструкцию посредством листовых фасонок, установленных в прорезях поясных уголков ферм одного направления, к фасонкам приварены стержневые элементы, образующие ферму в другом направлении (см. патент на изобретение RU 2422597, МПК: E04B 1/58, E04B 7/02, опубл. 27.06.2011).
Известно узловое соединение поперечной и продольной ферм, выполненных из трубчатого квадратного профиля (см. патент SU 779530, МПК: E04B 1/58, E04B 7/00, опубл. 15.11.1980 г.), содержащее Г-образный фланец, закрепленный на верхнем поясе поперечной фермы, зацепляемый за листовую фасонку продольной фермы с последующим болтовым соединением с ней.
Известны решения, в которых в узле соединения сходятся четыре поясных стержня пересекающихся ферм, выполненных разрезными (см. патент SU 1364773, МПК: E04B 1/58, опубл. 07.01.88 г., или патент SU 1749401, МПК: E04B 1/58, опубл. 23.07.92 г.). Стержни соединяют между собой болтовыми соединениями посредством закрепленных на концах стыкуемых стержней соединительных элементов в виде листовых гнутых фасонок в первом решении и тавров - во втором.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого узла соединения перекрестных несущей и связевых ферм покрытия принято узловое соединение перекрестных стержневых конструкций (ферм) с поясами и решетками из стержней коробчатого профиля, раскрытое в патенте на изобретение SU 1428824, МПК: E04B 1/58, 1/38, 1/24, опубл. 07.10.1988 г., бюл. №37. Согласно упомянутому патенту, узел соединения включает попарно закрепленные на поясах несущей фермы соединительные элементы в виде отрезков углового профиля.
Основным недостатком ближайшего аналога, как и обоих вышеупомянутых, является трудоемкость монтажных работ вследствие выполнения раздельных узлов соединений для верхних и нижних поясов пересекающихся форменных конструкций.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение металлоемкости пространственной форменной конструкции покрытия при сохранении ее высокой несущей способности, а также упрощение монтажных работ.
Вышеупомянутая задача решена благодаря тому, что в покрытии здания, сооружения, содержащем несущие фермы и размещенные между ними связевые фермы с верхним и нижним поясами, пересекающимися в одном уровне с одноименными поясами несущих ферм, согласно заявляемому изобретению, связевая ферма выполнена с торцевыми стойками, соединяющими концы ее поясов, при этом ее нижний пояс дугообразно изогнут в направлении верхнего пояса и жестко связан с ним в вершине дуги.
Новым в предлагаемом решении покрытия здания, сооружения является применение связевых ферм оригинальной конструкции, отличающихся от известных решений наличием по краям связевой фермы торцевых опорных стоек, соединяющих одноименные концы ее поясов, и выполнение нижнего пояса фермы в виде арки - дугообразно изогнутым в направлении верхнего пояса с жесткой связью с ним в вершине дуги.
Конструкция связевой фермы отличается простотой, технологичностью изготовления и достаточно низкой металлоемкостью и при этом характеризуется высокой жесткостью и изгибной прочностью.
Благодаря вышеупомянутым конструктивным особенностям связевые фермы выполняют функции как горизонтальных, так и вертикальных связей, благодаря чему исключена необходимость установки каких-либо дополнительных связей по покрытию.
Прикладываемые к верхнему поясу связевой фермы вертикальные нагрузки эффективно распределяются между ее поясами и передаются на несущие фермы, с которыми она связана, где также равномерно распределяется между поясами.
Вместе с тем связевые фермы служат для закрепления кровельного настила, т.е. выполняют функции прогонов. Можно сказать, что предлагаемая связевая ферма - это прогон, отличающийся от известных конструкций прогонов возможностью опоры сразу на два пояса несущих ферм.
Благодаря использованию связевых ферм предлагаемой конструкции покрытие здания, сооружения отличается от известных аналогов простотой, низкой металлоемкостью, возможностью быстрого монтажа и высокой несущей способностью.
Решетка в связевой ферме практически отсутствует, лишь по углам фермы могут быть установлены раскосы, соединяющие торцевую стойку или верхний пояс с нижним поясом.
Связевые и несущие фермы выполняются, предпочтительно, из замкнутых профилей прямоугольного поперечного сечения, иначе - коробчатых профилей.
Соединение связевых ферм с несущими фермами в заявляемом покрытии может быть выполнено любым способом, при этом предпочтительным является использование для соединения ферм болтовых разъемных соединений.
В качестве самостоятельного объекта защиты предлагается узел болтового соединения перекрестных несущей и связевых ферм покрытия, выполненных с поясами и решетками из стержней коробчатого профиля. Узел включает попарно закрепленные на поясах несущей фермы соединительные элементы в виде отрезков углового профиля, причем, согласно заявляемому изобретению, каждый отрезок пары закреплен одним концом к верхнему, а другим - к нижнему поясу несущей фермы с образованием между полками, выполненными с отверстиями для болтов, промежутка для размещения торцевой стойки связевой фермы, установленной с упором в боковые грани поясов несущей фермы и выполненной с отверстиями, соосными упомянутым отверстиям отрезков углового профиля.
Конструкция узла способствует решению тех же задач, что и предлагаемая конструкция покрытия здания, сооружения.
Отрезки углового профиля закрепляют на несущих фермах на заводе-изготовителе, которые уже в таком виде доставляются на стройплощадку. Выполнение упомянутых работ в заводских условиях позволяет соблюсти высокую точность расположения соединительных элементов. По сути, каждая пара отрезков углового профиля образует направляющие для установки связевой фермы. В процессе монтажа покрытия остается только завести торец связевой фермы между соответствующей парой соединительных элементов и, совместив отверстия последних с отверстиями торцевой стойки связевой фермы, соединить их болтами.
Отрезки углового профиля соединяют между собой верхний и нижний пояс несущей фермы, создавая между ними жесткие вертикальные связи.
При этом выполнение соединительных элементов удлиненными не приводит к существенному повышению металлоемкости несущей фермы, т.к. наличие подобных связей позволяет упростить решетку несущей фермы, например за счет исключения из нее части вертикальных стоек или раскосов в местах закрепления соединительных элементов.
В целом узел отличается повышенной прочностью и жесткостью.
По сравнению с прототипом, где имеют место независимые узлы соединений ферм по верхнему и нижнему поясам, предлагаемый узел соединения является единым сборочным узлом, обеспечивающим присоединение одной форменной конструкции к другой. По сравнению с прототипом вдвое сократилось количество соединительных узлов, что привело к снижению трудоемкости монтажных работ и повышению их производительности.
Сокращение числа соединительных элементов позволило значительно упростить и ускорить процессы, осуществляемые в заводских условиях при подготовке несущих ферм, в том числе за счет исключения необходимости согласования положения соединительных элементов по нижнему и верхнему поясам.
Таким образом, в заявляемом техническом решении реализованы сразу три основных принципа проектирования: наибольшая экономия металла, наименьшая трудоемкость изготовления и наибольшая скорость монтажа.
Предлагаемый узел может быть применен для соединения несущей фермы со связевой фермой любой другой известной констукции, например выполненной с обычной решеткой. Необходимым условием является наличие стоек по торцам фермы.
В предпочтительном случае пары отрезков углового профиля закреплены симметрично на противолежащих боковых гранях поясов несущей фермы, которая оказывается «зажатой» по высоте между этими отрезками. В результате исключен выворот нижнего пояса фермы.
Предлагаемое техническое решение имеет предпочтительное применение в конструкциях с несущими фермами балочного, арочного или рамного типов.
Несущие фермы, чаще всего поперечно установленные, могут быть выполнены как неразрезными, так и составными из двух или более частей. В последнем случае узлы соединения частей фермы расположены между узлами ее стыкования со связевыми фермами.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен фрагмент конструкции покрытия, аксонометрия;
На фиг.2 - связевая ферма в трех проекциях;
На фиг.3 - фрагмент с фиг.1, увеличено, показан узел соединения перекрестных ферм;
На фиг.4 - вид А с фиг.3.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлен фрагмент несущей конструкции покрытия, выполненного согласно заявляемому изобретению. Несущая конструкция покрытия содержит поперечно установленные несущие фермы 1 и размещенные между ними продольные связевые фермы 2 с верхним 3 и нижним 4 поясами, пересекающимися в одном уровне с одноименными поясами 5 и 6 несущих ферм 1.
Фермы 1 и 2 выполнены, в конкретном примере осуществления, из стержней коробчатого профиля. Для изготовления несущих ферм 1 использовали стержни квадратного профиля. Для изготовления связевых ферм 2 целесообразнее использование стержней прямоугольного профиля.
Конструкция связевой фермы 2 (см. фиг.2) включает опорные стойки 7, расположенные по торцам фермы и соединяющие концы ее поясов 3 и 4. Нижний пояс 4 фермы 2 дугообразно изогнут в направлении верхнего пояса 3 и жестко связан с ним в вершине дуги. В приведенном примере соединение поясов между собой выполнено посредством сварки. По углам связевой фермы 2 расположены раскосы 8, закрепленные одним концом к соответствующей торцевой стойке 7, а другим - к нижнему поясу 4. В стойках 7 выполнены отверстия 9 для болтового соединения с несущими фермами 1.
Для осуществления предлагаемого соединения к несущим фермам 1, при их изготовлении в заводских условиях, в местах примыкания к ним связевых ферм 2 приваривают соединительные элементы, выполненные в виде отрезков 10 углового профиля, имеющих длину, соответствующую высоте фермы (см. фиг.3-4).
Одну пару отрезков 10 углового профиля приваривают одной полкой к боковым граням 11 и 12 соответственно верхнего 5 и нижнего 6 поясов фермы 1, размещая их друг относительно друга так, что между их вторыми полками, перпендикулярными упомянутым боковым граням и выполненными с отверстиями 13 для болтов, образуется промежуток для размещения торцевой стойки 7 связевой фермы 2.
По другую сторону фермы 1 на других боковых гранях поясов 5 и 6, противоположных граням 11 и 12, закрепляют вторую пару отрезков 10 углового профиля для присоединения второй связевой фермы 2'.
Монтаж покрытия осуществляют следующим образом. На строительной площадке, в соответствии с проектом, устанавливают несущие поперечные фермы 1 с уже приваренными в заводских условиях соединительными элементами 10.
Связевую ферму 2 устанавливают между двумя соседними фермами 1, размещая торцевые стойки 7 между полками соответствующих угловых профилей 10, с упором в боковые грани поясов. Совмещают положение отверстий 9 стойки 7 и отверстий 13 угловых профилей 10. В совмещенные отверстия вставляют болты 14 и затягивают их.
Устанавливают все связевые фермы 2 по длине несущей фермы 1 с одной стороны. Аналогичным образом монтируют связевые фермы 2' по другую сторону несущей фермы 1. В результате образуется решетчатая несущая конструкция покрытия.
Связевые фермы 2 отличаются легкостью конструкции, благодаря чему их монтаж может производиться вручную. В целом предлагаемое покрытие отличается простотой сборки и высокой скоростью монтажных работ.
Предлагаемое изобретение может найти широкое применение при возведении арочных покрытий, таких как показано на фиг.1, например в строительстве ангаров, мини-рынков и т.д. Возможно также использование предлагаемой конструкции связевых ферм-прогонов и их узловых соединений в покрытиях с несущими фермами балочного или рамного типов.
Несущие фермы 1 могут быть неразрезными или разрезными, как показано на фиг.1, т.е. состоящими из двух или более частей. Узлы соединения частей фермы 1 располагают между узлами их соединения со связевыми фермами 2.
Возникающая местная вертикальная нагрузка, например от снега, воздействующая на верхний пояс 3 фермы 2, передается одновременно через жесткую связь 15 поясов на нижний пояс 4 фермы 2, работающий в распор по типу арки. Возникающие силы упругости предотвращают проседание верхнего пояса, которое способно привести к повреждению кровельного настила, закрепленного к верхнему поясу связевых ферм 2.
Вся вертикальная нагрузка, равномерно распределенная между поясами связевой фермы, передается через узлы соединения, конкретнее через торцевые стойки 7 и уголки 10, на несущие фермы 1, где также распределяется между их верхними и нижними поясами. Таким образом, любая местная вертикальная нагрузка эффективно перераспределяется по большой площади несущих конструкций.
В целом покрытие отличается высокой надежностью и долговечностью работы.