Узел соединения тонкостенных стальных профилей с помощью объемного фасонного элемента
CONNECTION OF THIN-WALLED STEEL PROFILES USING VOLUMETRIC SHAPED ELEMENTS

Изобретение относится к строительным шарнирно-стержневым конструкциям разного назначения и может быть использовано в гражданском, промышленном, сельском и транспортном строительстве.
Известен способ соединения тонкостенных элементов открытого сечения. Способ соединение включает наложение концов тонкостенных элементов стенками на листовую фасонку, установку центрального болта в предварительно просверленные отверстия в стенках тонкостенных элементов и фасонки, стяжку центрального болта и установку самонарезающих винтов (см. патент RU 2521214 C1, Е04В 1/51, опубл. 27.06.2014, Бюл. №18).
Однако данный способ соединения не предусматривает соединение нескольких разнонаправленных стержней, которые используются в шарнирно-стержневых конструкциях.
Наиболее близким аналогом является решение узлового соединения сегментной стропильной фермы из С-образных профилей или швеллеров, имеющей треугольную решетку с сечением из одного типа профиля и собираемой на сварке или на болтах внахлест полок стержней решетки на стенки поясных профилей или на узловые фасонки фермы (см. патент RU 2487221 C1, Е04С 3/11, опубл. 10.07.2013, Бюл. №19).
Однако фасонные элементы подобного типа предназначены для ферм сегментного очертания и не подходят для ферм с параллельными поясами.
Задачей заявляемого изобретения является повышение несущей способности шарнирно-стержневой конструкции из тонкостенных профилей и сокращение расхода стали.
Сущность изобретения заключается в том, что в узле соединения тонкостенных стальных профилей с помощью объемного фасонного элемента, включающем пояса, раскосы, фасонки, крепления, пояс соединяется с раскосами с помощью крепежных элементов - болтов, шайб, гаек и объемного фасонного элемента, который состоит из металлических пластин - двух параллельных боковых и одной перпендикулярной соединительной, соединенной с помощью сварки, причем боковые пластины имеют отверстия для болтов, верхний пояс вкладывается вовнутрь фасонки стенкой параллельно к соединительной пластине и крепится полками к боковым пластинам с двух сторон, а раскосы направлены в разные стороны под таким углом, чтобы оси стержней пересекались в одной точке, раскосы так же, как и пояс, крепятся полками к боковым пластинам болтами, а боковые пластины имеют форму шестиугольника.
- Пояс соединяется с раскосами и со стойкой с помощью рядового фасонного элемента, причем стойка располагается между раскосами, перпендикулярно поясу и боковые пластины имеют дополнительные отверстия для крепления стойки с помощью болтов.
- Два пояса соединяются под углом относительно друг друга с одним раскосом или стойкой с помощью наружного конькового/карнизного фасонного элемента, причем пояса концами вкладываются в фасонный элемент параллельно каждый к двум соединяемым пластинам, приваренным под углом относительно друг друга к боковым пластинам, а боковые пластины имеют форму усеченного ромба.
- Два пояса соединяются с двумя раскосами и стойкой под углом относительно друг друга и под углом относительно соединительной пластины внутреннего конькового/карнизного элемента, а боковые пластины имеют форму восьмиугольника.
- Пояс соединяется со стойкой с помощью промежуточного фасонного элемента, причем стойка располагается перпендикулярно к поясу, а боковые пластины имеют форму шестиугольника.
- Конец пояса соединяется со стойкой с помощью углового/опорного фасонного элемента, причем стойка располагается перпендикулярно к поясу, а фасонный элемент имеет дополнительные две опорные пластины, приваренные перпендикулярно к боковым пластинам и параллельно относительно стойки с наружной стороны, соединены опорные пластины с боковыми пластинами и косынками по две на каждую, при этом боковые пластины имеют пятиугольную форму.
- Конец пояса соединяется со стойкой и раскосом с помощью углового/опорного фасонного элемента, причем стойка располагается перпендикулярно к поясу, а раскос - между стойкой и поясом, при этом фасонный элемент имеет дополнительные две опорные пластины, приваренные перпендикулярно к боковым пластинам и параллельно относительно стойки с наружной стороны, соединены опорные пластины с боковыми пластинами и косынками по две на каждую, при этом боковые пластины имеют прямоугольную форму.
- Тонкостенные стержневые элементы пояса соединяются с помощью соединительного фасонного элемента встык, а боковые пластины имеют прямоугольную форму.
Технический результат заключается в повышении жесткости и оптимизации расхода стали шарнирно-стержневых конструкций.
Результат достигается за счет того, что в узле соединения с помощью объемного фасонного элемента исключено возникновение крутящего момента путем совмещения осей тонкостенных элементов конструкции, сосредоточенные нагрузки на стержни строительной конструкции передаются через фасонный элемент, что исключает местное смятие стенки элемента, форма объемного фасонного элемента уменьшает расчетную длину стержня и позволяет применять профили составного сечения или одинарные профили и подбирать нужное количество болтов на один стержневой элемент.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
Фиг. 1 - общий вид шарнирно-стержневой рамы
Фиг. 2 - узел соединения пояса фермы с двумя раскосами с помощью рядового фасонного элемента;
Фиг. 3 - вид в изометрии узла соединения пояса фермы с двумя раскосами с помощью рядового фасонного элемента;
Фиг. 4 - вид в изометрии рядового фасонного элемента;
Фиг. 5 - узел соединения пояса фермы с двумя раскосами и стойкой с помощью рядового фасонного элемента;
Фиг. 6 - вид в изометрии узла соединения пояса фермы с двумя раскосами и стойкой с помощью рядового фасонного элемента;
Фиг. 7 - вид в изометрии рядового фасонного элемента;
Фиг. 8 - узел соединения поясов ферм с раскосом с помощью наружного конькового/карнизного фасонного элемента;
Фиг. 9 - вид в изометрии узла соединения поясов ферм с раскосом с помощью наружного конькового/карнизного фасонного элемента;
Фиг. 10 - вид в изометрии наружного конькового/карнизного фасонного элемента;
Фиг. 11 - узел соединения элементов пояса фермы с помощью соединительного фасонного элемента;
Фиг. 12 - вид в изометрии узла соединения элементов пояса фермы с помощью соединительного фасонного элемента;
Фиг. 13 - вид в изометрии соединительного фасонного элемента;
Фиг. 14 - узел соединения поясов ферм со стойкой с помощью промежуточного фасонного элемента;
Фиг. 15 - вид в изометрии узла соединения поясов ферм со стойкой с помощью промежуточного фасонного элемента;
Фиг. 16 - вид в изометрии промежуточного фасонного элемента;
Фиг. 17 - узел соединения пояса фермы со стойкой с помощью углового/опорного фасонного элемента;
Фиг. 18 - вид в изометрии узла соединения пояса фермы со стойкой с помощью углового/опорного фасонного элемента;
Фиг. 19 - вид в изометрии углового/опорного фасонного элемента;
Фиг. 20 - узел соединения пояса фермы со стойкой и раскосом с помощью углового/опорного фасонного элемента;
Фиг. 21 - вид в изометрии узла соединения пояса фермы со стойкой и раскосом с помощью углового/опорного фасонного элемента;
Фиг. 22 - вид в изометрии углового/опорного фасонного элемента;
Фиг. 23 - узел соединения поясов ферм с раскосом с помощью внутреннего конькового/карнизного фасонного элемента;
Фиг. 24 - вид в изометрии узла соединения поясов ферм с раскосом с помощью внутреннего конькового/карнизного фасонного элемента;
Фиг. 25 - вид в изометрии внутреннего конькового/карнизного фасонного элемента;
Фиг. 26 - узел соединения составных стержневых элементов коробчатого сечения;
Фиг. 27 - вид в изометрии узла соединения составных стержневых элементов коробчатого сечения;
Фиг. 28 - сечение 1-1;
Фиг. 29 - сечение 2-2;
Фиг. 30 - сечение 3-3;
Фиг. 31 - сечение 4-4;
Фиг. 32 - сечение 5-5;
Фиг. 33 - варианты основных сечений тонкостенных профилей,
варианты выполнения составных сечений;
Узел соединения тонкостенных стальных профилей с помощью объемного фасонного элемента в зависимости от его расположения в конструкции состоит из фасонного элемента 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, пояса 9, раскосов 10, стойки 11, болтов 12 или самонарезающих винтов. Заявляемый узел соединения с помощью фасонных элементов различается по количеству, направлению и назначению соединяемых стержневых элементов 9, 10, 11 и форме фасонки и делится на рядовой 1 и 2, наружный коньковый/карнизный 3, соединительный 4, промежуточный 5, угловой/опорный 6 и 7, внутренний коньковый/карнизный 8. Каждый вариант объемного фасонного элемента, входящий в узел соединения тонкостенных элементов, имеет свое местоположение в конструкции. Тонкостенный профиль пояса 9 фермы, раскосы 10 и стойки 11 крепятся с помощью болтов 12 внутри фасонного элемента 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 с двух сторон. Тонкостенный профиль может иметь разную форму поперечного сечения 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и присоединяться к фасонному элементу отдельно или присоединятся в виде составного сечения коробчатой 21 или открытой 22 формы. Также возможны и другие варианты поперечного сечения тонкостенного профиля. По примеру соединительного узла 4 элементом показано, как при использовании составного сечения коробчатой формы 21 в стенке одного из профилей вырезается технологическое отверстие 23 для болтового крепления 12. Фасонный элемент 1, 2, 3, 4, 5, 8 представляет собой сваренные между собой две боковые 24 и одну соединительную 25 пластины из листового металла. Фасонный элемент 6,7 представляет собой сваренные между собой две боковые 24, одну соединительную 25, две опорные 26 пластины и четыре косынки 27 из листового металла. Боковые пластины 24 имеют отверстия 28 для болтов 12 и имеют различные размеры, зависящие от требуемого количества болтов для соединения стержневых элементов и местоположения узла. Так в узлах соединения показаны по два и по три ряда болтов 12, но количество рядов может увеличиться или уменьшиться в зависимости от расчетного напряжения, которое возникает в рассматриваемом стержневом элементе, когда конструкция в целом находится под нагрузкой. Опорные пластины 26 имеют вырез 29 для анкерного болта. Пластина 25 соединяет между собой боковые пластины 24.
Работа устройства заключается в том, что фасонные элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 в узловых соединениях позволяют применять одинарные стержни 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 со стержнями составного сечения, объединенными по типу 21, 22 для восприятия требуемой расчетной нагрузки на отдельный стержень. Также фасонные элементы позволяют размещать требуемое количество болтов путем увеличения или уменьшения размеров боковых пластин 24, а также изменения их геометрических форм. Сосредоточенные нагрузки от прогонов на стержни строительной конструкции передаются через соединительную пластину 28 фасонного элемента. Форма фасонного элемента позволяет сократить расчетную длину стержней фермы и совместить их оси. Все стержни 9, 10, 11 в узле воспринимают напряжения растяжения или сжатия.
Узлы соединения применяются в фермах с параллельными поясами, сегментных фермах и в фермах с не параллельными поясами и в других шарнирно-стержневых конструкциях.
Таким образом, заявляемые узловые соединения в целом повышают несущую способность шарнирно стержневой конструкции с применением тонкостенных профилей и уменьшают расход стали.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено в промышленных условиях, цехов больших и средних заводов с использованием стандартного оборудования, произведенного отечественной и зарубежной промышленностью.
Совокупность технических решений придает данному устройству новые свойства и позволяет решить поставленную задачу.