МОДУЛЬ (БЛОК) ПОКРЫТИЯ (ПЕРЕКРЫТИЯ) ИЗ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ФЕРМ ТИПА "ПЯТИГОРСК"

Предполагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано преимущественно для покрытий (перекрытий) зданий и сооружений.
Известна пространственная решетчатая несущая конструкция, включающая систему перекрестных ферм, в которой верхние и нижние пояса ферм одного направления расположены над одноименными поясами ферм другого направления. Узлы перекрестных ферм совмещены по вертикали, а раскосы решетки вышележащей фермы в узлах смещены от оси узлов на ширину верхнего пояса нижележащей фермы. Нижние пояса вышележащих ферм выполнены съемными, а фермы соединены через верхние пояса (Аденский В.А., Гринберг М.Л., Прицкер А.Я., Шимановский В.Н., Трофимов В.И., Штепа Б.А. Пространственная решетчатая несущая конструкция. - Авторское свидетельство №964083, 1982, бюллетень №37).
Такая конструкция, имея поэтажное пересечение поясов, при больших пролетах и значительном числе ячеек в поясных сетках требует соблюдения повышенной точности изготовления и монтажа. При этом съемные пояса ферм одного направления необходимо пропустить сквозь фермы другого направления и соединить как в узлах пересечения поясов, так и в узлах треугольной решетки, что также увеличивает трудоемкость конструкции.
Известно пространственное покрытие, преимущественно квадратное в плане при опирании по углам, из перекрестных элементов: контурных, внутренних (основных) и дополнительных. В состав покрытия входят также элементы ограждения. Дополнительные элементы выполняют роль прогонов, а основным видом ограждающих элементов является стальной настил из профилированных листов. Контурные и внутренние несущие элементы выполняются в виде ферм, при этом элементы ограждения вместе с дополнительными могут совмещать в себе функцию несущих (Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП П-23-81* «Стальные конструкции») / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: ЦИТП, 1989. - С.80, рис.38).
Данная конструкция при равномерной нагрузке на покрытие имеет внутренние основные элементы, значительно перегруженные ближе к середине по сравнению с приконтурными элементами. Их унификация обычно выполняется в большую сторону, что сопровождается ростом жесткостей поясов, соответствующим повышением степени различий усилий и в целом увеличивает материалоемкость конструкции. Отказ от унификации в целях уменьшения расхода конструкционного материала приводит к резкому увеличению трудоемкости конструкции из-за большого числа типоразмеров сечений элементов.
к
в
Наиболее близким к предлагаемому является пространственное покрытие, преимущественно квадратное в плане, включающее равновысокие контурные и расположенные внутри контура перекрестные несущие элементы, одноименные пояса которых выполнены с равновеликими сечениями. При этом площади сечения поясов контурных несущих элементов А и площади сечения поясов внутренних несущих перекрестных элементов А связаны соотношением:
к
в
А/А=0,5n…0,5(n+2),
где n - число членений несущими элементами стороны плана покрытия на одинаковые или почти одинаковые отрезки, 4≤n (Аденский В.А., Гринберг М.Л., Прицкер А.Я., Шиманоский В.Н., Трофимов В.И., Штепа Б.А., Пименов И.Л., Чаадаев В.К. Пространственное покрытие. - Авторское свидетельство №992689, 1983, бюллетень №4).
Основным недостатком данного покрытия является то, что приведенное в нем соотношение позволяет унифицировать между собой только внутренние несущие элементы, затрудняя их применение в составе контурных элементов и снижая тем самым степень унификации конструкции. Кроме того, отмеченное соотношение сформулировано для перекрестных систем с числом ячеек n×n=4×4 и более, что сужает область применения, так как здесь пропущено начало ряда, когда n×n=2×2 и n×n=3×3.
Технический результат, достигаемый при реализации предполагаемого изобретения, заключается в повышении степени унификации и расширении области применения несущих конструкций из перекрестных систем.
Указанный технический результат достигается тем, что в модуле (блоке) покрытия (перекрытия) из перекрестных ферм, преимущественно квадратном в плане и опертом по углам, включающем установленные вертикально равновысокие контурные и расположенные внутри контура перекрестные несущие элементы с одноименными поясами, выполненными с равновеликими сечениями, при числе ячеек в поясных сетках 3×3 во всех несущих элементах использованы одинаковые фермы, сдвоенные по контуру и одиночные внутри контура, причем сдвоенные по контуру фермы жестко скреплены друг с другом на всей длине их пролета в единое целое и под нагрузкой работают аналогично решетчатым конструкциям из парных профилей, а при числе ячеек 2×2 во всех несущих элементах также применены одинаковые фермы, одиночные по контуру и внутри него.
Предлагаемый модуль (блок) покрытия (перекрытия) из перекрестных ферм имеет достаточно универсальное решение, при реализации которого по контуру и внутри него можно использовать одинаковые несущие элементы, что повышает степень унификации конструкций. Такое решение осуществимо в перекрестных системах с минимальным числом ячеек в поясных сетках, что охватывает простейшие структуры с самого начала их ряда и расширяет область применения конструкций. Эта область может включать модули двухэтажной компоновки, где система перекрестных ферм покрытия, одинаковых по контуру и внутри него, состоит из 2×2 ячеек, а система перекрестных ферм перекрытия из-за большей интенсивности распределенной нагрузки содержит 3×3 ячеек. Здесь внутри контура те же фермы, что и в покрытии, а по контуру они сдвоены.
Предполагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан предлагаемый модуль из перекрестных ферм с числом ячеек пхп=2х2, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - предлагаемый модуль из перекрестных ферм с числом ячеек n×n=3×3, вид сверху; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.7 - предлагаемый модуль из перекрестных ферм с числом ячеек n×n=2×2 и дополнительными элементами (прогонами), вид сверху; на фиг.8 -разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.9 - разрез Е-Е на фиг.7; на фиг.10 - разрез Ж-Ж на фиг.7; на фиг.11 - предлагаемый модуль из перекрестных ферм с числом ячеек n×n=3×3 и дополнительными элементами (прогонами), вид сверху; на фиг.12 - разрез И-И на фиг.11, на фиг.13 - разрез К-К на фиг.11; на фиг.14 -разрез Л-Л на фиг.11; на фиг.15 - снимок общего вида двухэтажных модулей в процессе строительства складского здания; на фиг.16 - снимок блока перекрытия в интерьере офисного здания.
Преимущественно квадратный в плане и опертый по углам, предлагаемый модуль (блок) покрытия (перекрытия) из перекрестных ферм 1 включает непосредственно уложенные по ним элементы ограждения 2. При числе ячеек n×n=2×2 по контуру и внутри него фермы нагружены примерно в равной степени под действием нагрузки, распределенной равномерно. Под действием такой нагрузки при числе ячеек n×n=3×3 внутренние фермы нагружены примерно в два раза меньше контурных. Поэтому в предлагаемом модуле (блоке) по его контуру одиночные фермы 1 сдвоены и жестко скреплены друг с другом на всей длине их пролета в единое целое, например посредством прерывистых сварных швов. При значительном шаге перекрестных ферм 1, а также при действии нагрузок большой интенсивности для облегчения элементов ограждения 2 под них в модуле (блоке) можно устанавливать дополнительные несущие элементы 3 в виде прогонов. Для унификации прогонов 3 с верхними поясами перекрестных ферм 1 в состав предлагаемого модуля (блока) целесообразно включить подкосные элементы 4. Элементы ограждения 2 опираются непосредственно на верхние пояса перекрестных ферм 1 и прогоны 3, совмещая в себе функцию несущих.
Предлагаемый модуль (блок) может иметь как одноэтажные, так и двухэтажные модификации, в которых перекрестные системы покрытий и перекрытий с числом ячеек n×n=2×2 и n×n=3×3 компонуются из одинаковых ферм. Так, например, в двухэтажном модуле офисного здания с размерами в плане 8x8 м перекрестные системы скомпонованы из одинаковых ферм высотой h=l/20=0,4 м (1 - длина пролета, 1=8 м), а расчетные характеристики имеют следующие значения:
2
к
к
к
y
покрытие - n×n=2×2, р=200 кгс/м, N=-11520 кгс, М=22,21 кгс·м, σ=0,99R,
B
в
в
y
N=-7720 кгс, М=44,42 кгс·м, σ=0,76R;
2
к
к
K
y
перекрытие - n×n=3×3, р=350 кгс/м, N=-16420 кгс, М=46,21 кгс·м, σ=0,73R,
в
в
B
y
N=-8270 кгс, М=92,42 кгс·м, δ=0,97 R,
к
в
к
в
к
в
y
y
2
где р - интенсивность равномерно распределенной расчетной нагрузки; N (N), М (М), σ (σ) - продольная сила (минус относится к сжатию), изгибающий момент, напряжение соответственно в средней панели верхнего пояса контурной (внутренней) фермы; R - расчетное сопротивление конструкционного материала, R=2100 кгс/см.
Как видно, повышение степени унификации несущих конструкций, реализованное в предлагаемом модуле, сопровождается рациональным распределением конструкционного материала, свойственным перекрестным фермам. Достигнутый результат расширяет область эффективного применения перекрестных систем до самого начала их ряда, когда число ячеек в поясных сетках минимально. Причем область рационального использования таких систем расширяется также за счет включения малых пролетов. Повышенная унификация и расширенная применимость несущих элементов покрытия (перекрытия) дает возможность снизить также трудоемкость изготовления и монтажа конструкций, что улучшает их технико-экономические характеристики и обеспечивает стабильность спроса на них.