КОНСТРУКЦИЯ РАМНОГО ЗДАНИЯ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ НЕРЕГУЛИРУЕМОЙ ЗАТЯЖКОЙ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к строительным конструкциям зданий рамного типа из металлических холодногнутых профилей с предварительно напряженной нерегулируемой затяжкой и может быть использована для создания одноэтажных сооружений различного назначения.
В современном строительстве широкое применение получили конструкции зданий рамного типа из металлических профилей, являющиеся экономичными по показателям расхода материалов, технологии изготовления, монтажа и эксплуатационным расходам. Традиционная строительная конструкция зданий данного типа включает элементы конструкции несущего каркаса, ограждающие конструкции и элементы крепления (http://slovari.yandex.ru).
Известна несущая конструкция рамного здания с регулируемой затяжкой - сборная каркасная конструкция, содержащая стержневые элементы, по крайней мере часть из них, выполненные из парных металлических листовых холодногнутых профилей из металлического листа толщиной до 3 мм, соединенных с возможностью разъема через плоские соединительные элементы с образованием симметричного поперечного сечения, собранные в рамы, а как минимум часть рам, выполненных с соединением их углов между собой затяжкой из прутка, преимущественно круглого сечения, снабженной талрепом (см. патент RU №29070, Е04В 1/18, 2003). Данное решение принято за прототип.
Недостатком является использование в конструкции предварительно напряженной регулируемой затяжки с талрепом, что создает огромные неудобства при эксплуатации, а также при монтаже. При эксплуатации требуется постоянный контроль начального напряжения, чтобы оно было постоянным, поэтому возникает необходимость обслуживания затяжки для его поддержания. Иначе в случае возникновения игры напряжений возможна аварийная ситуация. Определенные трудности представляет сам процесс доведение напряжения в затяжке до расчетного. Кроме этого, при выполнении стержневых элементов из листа толщиной до 3 мм ограничены возможности увеличения пролета и высоты здания, поскольку физико-механические свойства данного материала несущего каркаса с регулируемой затяжкой не обеспечивают в этом случае пространственную неизменяемость, прочность, жесткость и устойчивость здания.
Задачей, решаемой в предложении заявителя, является повышение надежности, работоспособности здания, уменьшение металлоемкости его каркаса, снижение эксплуатационных расходов путем использования в конструкции рамного здания нерегулируемой предварительно напряженной затяжки.
Сущность заявленного решения заключается в том, что в конструкции рамного здания, содержащей несущий каркас из стержневых элементов колонн и балок, по крайней мере часть стержневых элементов, выполненных из парных холодногнутых профилей, изготовленных из металлического листа, закрепленных между собой разъемно через плоские соединительные элементы с образованием симметричного поперечного сечения, собранных в рамы, а как минимум часть рам, выполненные с соединением их углов между собой затяжкой из прутка, снабженной фиксирующим устройством, особенность состоит в том, что использована, по крайней мере однорядная, предварительно напряженная нерегулируемая затяжка, которая снабжена, по меньшей мере одним, фиксирующим устройством - болтовым соединительным узлом, необслуживаемым при эксплуатации, посредством которого элементы затяжки зафиксированы между собой через пластины болтами таким образом, что предварительное натяжение затяжки создано в процессе монтажа, при этом холодногнутые профили стержневых элементов изготовлены из листа толщиной до 6 мм. Кроме этого стержневые элементы могут быть изготовлены из профилей С-образного сечения и закреплены между собой посредством болтов. Также предпочтительно элементы рамы жестко соединены между собой, максимальный шаг рам 4,5 м, высота здания кратна шагу плоских соединительных элементов стержневых элементов колонн. Особенность состоит и в том, что может быть использована однорядная или двурядная затяжка из круглой стали. Затяжка преимущественно сопряжена с каркасом посредством плоских соединительных элементов через пластины болтами и подвесок из круглой стали, при этом диаметр подвесок выполнен равным диаметру прутка затяжки. В этом случае затяжка желательно выполнена из прутка диаметром 36 мм, а пластины соединений затяжки изготовлены толщиной 10 мм. Конструкция здания может содержать фундамент, на котором установлен каркас. Предпочтительно выполнить жесткое соединение рам каркаса с фундаментом. Также здание может содержать горизонтальные и вертикальные связи по колоннам и балкам, которые могут быть выполнены из спаренных тонкостенных профилей повышенной жесткости. Кроме этого конструкция может быть снабжена прогонами покрытия, которые предпочтительно разрезные, могут быть изготовлены из металлического гнутого профиля С-образного сечения, а также из спаренного металлического гнутого профиля С-образного сечения. Конструкция предпочтительно снабжена покрытием, которое может быть выполнено из оцинкованных профилированных листов, которые закреплены к прогонам и между собой самонарезающими винтами с уплотнительной шайбой, причем места стыковок профилированных листов между собой снабжены по периметру герметиком. Особенность и в возможности выполнения утепленного покрытия. Для этого оцинкованные профилированные листы, которые закреплены к прогонам самонарезающими винтами и между собой комбинированными заклепками, укрыты пароизоляционным слоем, вдоль прогонов установлены и закреплены к ним самонарезающими винтами кронштейны, на которых закреплены самонарезающими винтами дистанционные прогоны из тонкостенных профилей повышенной жесткости с перфорированными стенками, и выполнено заполнение негорючим, высокоэффективным утеплителем, а к дистанционным прогонам и между собой закреплены самонарезающими винтами с уплотнительной шайбой оцинкованные профилированные листы, образующие верхний слой покрытия, причем места стыковок профилированных листов между собой снабжены по периметру герметиком. Также несущий каркас возможно снабдить горизонтальными и вертикальными элементами стенового фахверка, элементы которого могут быть выполнены из металлического полого профиля прямоугольного поперечного сечения и сопряжены с каркасом через монтажные элементы посредством болтов, при этом выполнено сопряжение стоек фахверка с фундаментом шарнирное, а со стержневыми элементами балки через листовой шарнир. Конструкцию также желательно снабдить стеновыми прогонами, которые предпочтительно разрезные, изготовлены из спаренных тонкостенных профилей повышенной жесткости. Кроме этого конструкцию желательно снабдить стеновым ограждением. Оно может быть выполнено из оцинкованных профилированных листов, которые закреплены к стеновым прогонам и между собой самонарезающими винтами с уплотнительной шайбой. Также может быть выполнено утепленное стеновое ограждение. Для этого на оцинкованных профилированных листах, которые закреплены к стеновым прогонам самонарезающими самосверлящими винтами и закреплены между собой комбинированными заклепками, зафиксирован пароизоляционный слой, на стержневых элементах вдоль колонн каркаса установлены и закреплены к ним самонарезающими винтами кронштейны, на которых закреплены самонарезающими самосверлящими винтами дистанционные прогоны из тонкостенных профилей повышенной жесткости с перфорированными стенками, и выполнено заполнение негорючим высокоэффективным утеплителем, а к дистанционным прогонам и между собой закреплены самонарезающими винтами с уплотнительной шайбой оцинкованные профилированные листы, образующие наружный слой, причем места стыковки профилированных листов между собой снабжены герметиком. Оцинкованные профилированные листы могут быть выполнены с защитным покрытием, которое преимущественно является лакокрасочным. Также в качестве пароизоляционного слоя может быть использована полиэтиленовая пленка, соединенная между собой посредством скотча.
Заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат.
Использование затяжки с болтовым соединительным узлом, позволяет создать предварительное напряжение рамы и натяжение в элементах затяжки в процессе монтажа посредством подъема в коньке грузоподъемным механизмом с усилением 1,5-3,0 т, а также упростить монтаж. Отпадает необходимость постоянного контроля натяжения и обслуживания затяжки, так как она является нерегулируемой, а болтовой соединительный узел не требует обслуживания при эксплуатации. Как следствие снижаются эксплуатационные расходы, поскольку улучшаются эксплуатационные характеристики конструкции. Повышается надежность и работоспособность здания. Физико-механические свойства металлического профилированного листа толщиной до 6 мм обеспечивают достаточную несущую способность элементов каркаса конструкции рамного здания. Использование однорядной нерегулируемой затяжки с диаметром прутка преимущественно 36 мм позволяет увеличить пролет здания до 18 м, а двурядной нерегулируемой затяжки - до 36 м. Это способствует снижению металлоемкости каркаса. Горизонтальные и вертикальные связи по колоннам и балкам обеспечивают жесткость каркаса в продольном направлении. Применение профилей с перфорированными стенками в качестве элементов наружных ограждающих конструкций - стенового ограждения и покрытия значительно увеличивает термосопротивление в целом, исключая образование «мостиков холода» и отпадает необходимость использования второго изоляционного слоя. Использование защитного покрытия увеличивает долговечность здания, а, значит, увеличивает его надежность и работоспособность.
На фиг.1 представлена схема конструкции несущего каркаса рамного здания с предварительно напряженной нерегулируемой затяжкой, общий вид; на фиг.2 представлено соединение затяжки с колоннами каркаса, общий вид; на фиг.3 - то же, вид А на фиг.2; на фиг.4 - соединение затяжки с балкой каркаса, общий вид; на фиг.5 - то же, вид сбоку на фиг.4; на фиг.6 представлен болтовой соединительный узел затяжки, общий вид; на фиг.7 - болтовой соединительный узел однорядной затяжки, вид А на фиг.6; на фиг.8 - болтовой соединительный узел двурядной затяжки, вид А на фиг.6.
Основой заявляемой конструкции рамного здания является несущий каркас (не указано). Стержневые элементы 1, 2 соответственно колонн и балок каркаса собраны в рамы (не указано). Элементы рамы жестко соединены между собой. Максимальный шаг рам 4,5 м. Как минимум часть рам, выполнены с соединением их углов между собой, по крайней мере однорядной, предварительно напряженной нерегулируемой затяжкой 3, которая снабжена, по меньшей мере одним, фиксирующим устройством - болтовым соединительным узлом 4, необслуживаемым при эксплуатации. По крайней мере, часть стержневых элементов 1, 2, выполнены из парных холодногнутых профилей преимущественно С-образного сечения из металлических листов толщиной более 6 мм и закреплены между собой разъемно через плоские соединительные элементы, в частности пластины посредством, например, болтов с образованием симметричного поперечного сечения. Высота конструкции, преимущественно, кратна шагу плоских соединительных элементов, в частности пластин стержневых элементов 1 колонн. Затяжка 3 выполнена, в частности однорядная или двурядная. Элементы затяжки 3 изготовлены из прутка (не указано), преимущественно круглой стали, например, диаметром 36 мм. Затяжка 3 сопряжена с каркасом традиционным соединением. В частности выполнено сопряжение посредством плоских соединительных элементов, например, угловых фасонок 5 через пластины 6 болтами 7 и подвесок 8. Подвески 8 предпочтительно изготовлены из круглой стали, причем диаметр подвесок 8 выполнен равным диаметру прутка из круглой стали затяжки 3. Болтовой соединительный узел 4 фиксирует элементы затяжки 3 между собой через пластины 9 болтами 10. Пластины 6, 9 преимущественно выполнены толщиной 10 мм. Предварительное напряжение в затяжке 3 создано в процессе монтажа посредством подъема в коньке грузоподъемным механизмом с усилением 1,5-3,0 т. При эксплуатации здания контролировать натяжение и обслуживать затяжку 3 не требуется. Каркас установлен на фундаменте (не указано). В частности выполнено жесткое соединение рам каркаса с фундаментом. Конструкция содержит горизонтальные и вертикальные связи (не показано) по колоннам и балкам, которые выполнены, в частности, из спаренных тонкостенных профилей повышенной жесткости, преимущественно ПГС150с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99. Конструкция снабжена прогонами покрытия (не показано). Прогоны покрытия - предпочтительно разрезные, изготовлены, например, из металлического гнутого профиля С-образного сечения или из спаренного металлического гнутого профиля С-образного сечения. Покрытие (не показано) холодного здания выполнено из оцинкованных профилированных листов, преимущественно Н60-845-0,8, с возможным дополнительным защитным покрытием, например, лакокрасочным. Все профилированные листы закреплены к прогонам покрытия самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) в каждой волне. Между собой профилированные листы закреплены самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) с шагом, например, 300 мм. Места стыковки (не показано) профилированных листов между собой по периметру снабжены герметиком (не показано), преимущественно «Абрис»ЛБ5х1. Может быть выполнено утепленное покрытие (не показано). Для этого оцинкованные профилированные листы, преимущественно С44-1000-0,7, с возможным дополнительным защитным покрытием, например, лакокрасочным, закреплены к прогонам покрытия самонарезающими винтами в каждой волне и между собой комбинированными заклепками (не показано) с шагом, например, 300 мм и укрыты пароизоляционным слоем, например, полиэтиленовой пленкой (не показано). Полиэтиленовая пленка закреплена между собой, в частности скотчем. Вдоль прогонов покрытия с шагом, в частности, 1000 мм установлены и закреплены к ним самонарезающими винтами кронштейны (не показано). На кронштейнах закреплены самонарезающими винтами дистанционные прогоны (не показано), которые выполнены из тонкостенных профилей повышенной жесткости, преимущественно ПГПС150с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99 с перфорированными стенками (не показано). Заполнение выполнено негорючим высокоэффективным утеплителем (не показано), преимущественно URSA M15 (штапельное стекловолокно) толщиной, например, 200 мм. Верхний слой кровельного покрытия выполнен из оцинкованных профилированных листов, преимущественно Н60-845-0,8 с возможным дополнительным защитным покрытием, например, лакокрасочным. Все профилированные листы покрытия закреплены к дистанционным прогонам самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) в каждой волне. Между собой профилированные листы закреплены самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) с шагом, например, 300 мм. Места стыковки (не показано) профилированных листов верхнего слоя покрытия между собой по периметру снабжены герметиком (не показано), преимущественно «Абрис»ЛБ5×1. Несущий каркас снабжен горизонтальными и вертикальными элементами (не показано) стенового фахверка (не показано), которые выполнены из металлических полых профилей прямоугольного сечения. Элементы фахверка сопряжены с каркасом через монтажные элементы (не показано) посредством болтов (не показано). Сопряжение стоек фахверка (не показано) с фундаментом (не показано) выполнено шарнирное, а со стержневыми элементами 2 балки через листовой шарнир (не показано). Стеновые прогоны (не показано), предпочтительно разрезные, изготовлены из спаренных тонкостенных профилей повышенной жесткости, преимущественно ПГС150с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99. Стеновое ограждение (не показано) холодного здания выполнено из оцинкованных профилированных листов (не показано), преимущественно С44-1000-0,7, с возможным дополнительным защитным покрытием, например, лакокрасочным. Все профилированные листы закреплены к стеновым прогонам самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) в каждой волне. Между собой профилированные листы закреплены самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) с шагом, например, 300 мм. Может быть выполнено утепленное стеновое ограждение (не показано). Для этого оцинкованные профилированные листы, преимущественно С44-1000-0,7, с возможным лакокрасочным покрытием закреплены к стеновым прогонам самонарезающими самосверлящими винтами (не показано) в каждой волне. Между собой профилированные листы закреплены комбинированными заклепками (не показано) с шагом, например, 300 мм. На закрепленных профилированных листах зафиксирован, например, скотчем пароизоляционный слой, в частности, полиэтиленовая пленка (не показано). Полиэтиленовая пленка закреплена между собой, например, скотчем. На стержневых элементах 1 вдоль колонн, предпочтительно с шагом 1200 мм, установлены кронштейны (не показано), в частности, монтажная сварная деталь толщиной 2 мм и закреплены к ним самонарезающими винтами (не показано), в частности 4 шт. на кронштейн. На кронштейны закреплены самонарезающими самосверлящими винтами (не показано), в частности 4 шт. на кронштейн, дистанционные прогоны (не показано) из тонкостенных профилей повышенной жесткости, преимущественно ПГПС150с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99, с перфорированными стенками (не показано). Заполнение выполнено негорючим высокоэффективным утеплителем (не показано), преимущественно URSA M15 (штапельное стекловолокно) толщиной, например, 150 мм. Наружный слой стенового ограждения выполнен из оцинкованных профилированных листов, преимущественно С21-1000-0,7 с возможным дополнительным защитным покрытием, например, лакокрасочным. Все профилированные листы закреплены к дистанционным прогонам самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) в каждой волне. Между собой профилированные листы закреплены самонарезающими винтами (не показано) с уплотнительной шайбой (не показано) с шагом, например, 300 мм. Места стыковки (не показано) профилированных листов наружного слоя стенового ограждения между собой по периметру снабжены герметиком (не показано), преимущественно «Абрис» ЛБ5х1.
Несущий каркас здания изготавливают следующим образом.
Из листа толщиной до 6 мм изготавливают С-образный профиль. Из профилей при помощи плоских соединительных и крепежных элементов собирают стержневые элементы 1, 2 колонн и балок. Из стержневых элементов 1, 2 с использованием затяжек 3, снабженных болтовым соединительным узлом 4 собирают рамы. Производят монтаж несущего каркаса из собранных рам. Болтовой соединительный узел 4 затяжки 3 контролируют только в процессе монтажа и дальнейшего обслуживания при эксплуатации не требуется. Предварительное натяжение в затяжке и напряжение рамы создается в процессе монтажа посредством подъема в коньке грузоподъемным механизмом с усилением, например, 1,5 -3 тонны. Пример конкретного выполнения.
Конструкция одноэтажного рамного здания пролетом до 18,0 м с полезной высотой до затяжки 6,0 м в холодном и теплом исполнении.
Из оцинкованного листа изготовлены профили С-образного сечения 250×100×30×3. Спаренные профили соединены между собой через монтажные детали - соединительные элементы (пластины толщиной 10 мм из стали С245) болтами M16 - собраны стержневые элементы 1, 2 колонн и балок каркаса. Затяжка 3 выполнена однорядной, ее элементы изготовлены из стали круглой (сталь С345) диаметром 36 мм. Элементы затяжки между собой закреплены через пластины толщиной 10 мм болтами М 20, образующими болтовой соединительный узел 4. Из стержневых элементов 1, 2, затяжек 3, снабженных болтовым соединительным узлом 4, собрана рамная конструкция несущего каркаса. Затяжка 3 закреплена к каркасу традиционным способом. Шаг рам составляет 4,5 м. Высота здания кратна шагу соединительных пластин стержневых элементов 1 колонн. Произведен монтаж несущего каркаса из собранных рам с затяжками 3. Рамы каркаса жестко закреплены с фундаментом. Болтовой соединительный узел 4 затяжки 3 контролируют только в процессе монтажа и дальнейшего обслуживания при эксплуатации не требуется. Предварительное натяжение в затяжке и напряжение рамы создано в процессе монтажа посредством подъема в коньке грузоподъемным механизмом с усилением 2 тонны.
Горизонтальные связи и вертикальные связи по колоннам и балкам - спаренные тонкостенные профили повышенной жесткости ПГС 150 с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99.
Прогоны покрытия выполнены разрезные из гнутого профиля С-образного сечения 250×100×30×3, сталь С245.
Стеновые прогоны выполнены разрезные из спаренных тонкостенных профилей повышенной жесткости ПГС150с-0,8, сталь245.
Горизонтальные и вертикальные элементы фахверка - тр.###U153100×4, сталь С245, болты нормальной точности, монтажные элементы.
Холодное исполнение.
Покрытие - оцинкованный профилированный лист Н60-845-0,8 с лакокрасочным покрытием, самонарезающие винты 5,5х32, уплотнительные шайбы, герметик «Абрис» ЛБ5×1.
Стеновое ограждение - оцинкованный профилированный лист С44-1000-0,7 с лакокрасочным покрытием, самонарезающие винты 5,5×32, уплотнительные шайбы.
Теплое исполнение.
Покрытие - оцинкованный профилированный лист С44-1000-0,7 с лакокрасочным покрытием, оцинкованный профилированный лист Н60-845-0,8 с лакокрасочным покрытием, тонкостенные профили повышенной жесткости с перфирированными стенками ПГПС150с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99, полиэтиленовая пленка, скотч, кронштейны, негорючий высокоэффективный утеплитель URSA M15 (штапельное стекловолокно) толщиной 200 мм, самонарезающие винты 5,5×32, самонарезающие самосверлящие винты 4,2×16, уплотнительные шайбы, комбинированные заклепки ЗК8, герметик «Абрис» ЛБ 5×1.
Стеновое ограждение - оцинкованный профилированный лист С44-1000-0,7 с лакокрасочным покрытием, оцинкованный профилированный лист С21-1000-0,7 с лакокрасочным покрытием, тонкостенные профили повышенной жесткости с перфирированными стенками ПГПС150с-0,8 по ТУ 1122-181-02494680-99, полиэтиленовая пленка, скотч, кронштейны (монтажная сварная деталь из стали марки С235 толщиной 2 мм), негорючий высокоэффективный утеплитель URSA M15 (штапельное стекловолокно) толщиной 150 мм, самонарезающие самосверлящие винты 4,2×16, самонарезающие винты 5,5×32, уплотнительные шайбы, комбинированные заклепки ЗК8, герметик «Абрис» ЛБ5×1.
Преимуществом полезной модели является использование в качестве фиксирующего устройства элементов затяжки болтового соединительного узла, не требующего обслуживания в процессе эксплуатации здания, т.е. использование в конструкции рамного здания нерегулируемой предварительно напряженной затяжки.
Использование полезной модели значительно расширит применение зданий рамного типа.