МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ДВУТАВРОВАЯ БАЛКА С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ

Полезная модель относится к строительству и может использоваться в качестве несущей конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Известен несущий элемент [патент RU на полезную модель №169391, МПК E04C 3/04, опубл. 16.03.2017], включающий две полки, соединенные между собой стенкой с дополнительным и основным гофрированием, расположенным на участках действия максимальных поперечных сил. На участках действия относительно малых поперечных сил и крутящих моментов, но интенсивных изгибающих моментов стенка содержит дополнительное гофрирование с шагом и высотой гофр меньше шага и высоты гофр основного гофрирования.
Недостатками указанной балки является недостаточная ее общая (боковая) устойчивость, так как пояса, выполненные из листовой стали, имеют небольшую собственную жесткость на кручение и изгиб.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является балка с переменно-гофрированной стенкой [патент RU на полезную модель №91583, E04C 3/07, опубл. 20.02.2010). Балка двутаврового поперечного сечения, содержащая сжатый и растянутый пояса, соединенные поперечно-гофрированной стенкой. Гофрирование осуществляется переменно по длине балки с уменьшением шага гофров и/или увеличением их высоты на участках действия относительно интенсивных поперечных сил с последующим плавным или ступенчатым уменьшением высоты и/или увеличением шага гофров в соответствии с уменьшением интенсивности поперечных сил и возрастанием интенсивности изгибающих моментов с достижением минимальной высоты и/или максимального шага гофров на участке с максимальным изгибающим моментом и минимальными поперечными силами, причем отдельно взятый гофр остается постоянного сечения по высоте стенки.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: растянутый и сжатый пояса, жестко соединенные между собой поперечно-гофрированной стенкой.
Недостатками указанной балки является низкая жесткость на кручение и, как следствие, недостаточная общая (боковая) устойчивость, так как пояса, выполненные из листовой стали, имеют небольшую собственную жесткость на кручение.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение общей устойчивости балки за счет увеличения ее жесткости на кручение.
Это достигается тем, что металлическая двутавровая балка с гофрированной стенкой состоит из растянутого и сжатого поясов, жестко соединенных между собой поперечно-гофрированной стенкой. В предложенном решении пояса выполнены из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного поперечного сечения с ориентацией большей стороны контура сечения из плоскости балки.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая балка отличается тем, что пояса выполнены из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного поперечного сечения с ориентацией большей стороны контура сечения из плоскости балки. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию полезной модели «новизна».
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена металлическая двутавровая балка с гофрированной стенкой.
Металлическая двутавровая балка с гофрированной стенкой состоит из растянутого 1 и сжатого 2 поясов, которые между собой жестко соединены, например сваркой, поперечно-гофрированной стенкой 3. Пояса выполнены из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного поперечного сечения с ориентацией большей стороны контура сечения из плоскости балки. Поперечно-гофрированная стенка - из горячекатаного листа, толщиной, в зависимости от высоты сечения балки, до 3 мм. Расположение гофр стенки - вертикальное.
Балка изготавливается, например, следующим образом. Стенку и пояса устанавливают в проектное положение. Производят наложение поясных швов. Как правило, поясные длинные швы на сборочных предприятиях сваривают автоматами под флюсом. Затем осуществляют непосредственно сварку двутавровой балки (вручную либо с помощью автоматического оборудования). Финальная сборка двутавра выполняется в специальном кондукторе или с применением прихваток и хомутов.
Полезная модель может быть использована в качестве ригелей покрытия одно- и многопролетных промышленных и общественных зданий пролетом до 24 м, прогонов покрытий одноэтажных производственных зданий, как второстепенные балки в перекрытиях из монолитного железобетона по стальному оцинкованному профнастилу для многоэтажных зданий, в качестве балки настила в балочных площадках.
Металлическая двутавровая балка работает следующим образом. При действии на нее вертикальной нагрузки пояса 1, 2 начинают работать не только на растяжение-сжатие, но одновременно и на изгиб. При этом стенка 3 воспринимает поперечную силу (усилия сдвига). Гофрированная структура листов удерживает стенку от потери устойчивости, что позволяет ей воспринимать значительные сдвигающие усилия, несмотря на то, что листы выполняются из тонколистового проката. Повышение общей (или боковой) устойчивости балки осуществляется за счет увеличения жесткости на кручение ее отдельных элементов и их совместной работы. Так, выполнение поясов из замкнутых гнутосварных профилей (коробчатого сечения) с ориентацией большей стороны контура сечения из плоскости балки, по сравнению с поясами в виде листовой полосы, имеют большую собственную жесткость на кручение и изгиб из плоскости балки. Помимо этого при одинаковом расстоянии между центрами тяжести поясов в предлагаемой полезной модели, по сравнению с аналогами, расстояние между поверхностями, к которым крепится стенка, а следовательно, и высота стенки меньше. Это делает стенку более жесткой, повышая ее местную устойчивость, а также увеличивает жесткость на кручение балки в целом и повышает ее общую (боковую) устойчивость.
Использование предложенной полезной модели приводит к увеличению жесткости балки, а также уменьшению металлоемкости при той же несущей способности за счет уменьшения расхода стали на стенку, так как ее высота и, следовательно, гибкость уменьшаются за вычетом высоты сечения поясов.