СТАЛЬНАЯ ПЕРЕКРЕСТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в несущих конструкциях покрытий (перекрытий) зданий и сооружений из стальных перекрестных балок составного сечения или сквозных балок (безраскосных ферм) с использованием пятиугольных и квадратных труб (замкнутых гнутосварных профилей).
Известна стальная перекрестная конструкция покрытия из линейных в плане взаимно пересекающихся несущих элементов в виде ферм из прямоугольных замкнутых профилей с треугольными решетками и отсоединяющимися нижними поясами, которые соединяются между собой при помощи сварки и болтовых креплений [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81∗ «Стальные конструкции») / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: ЦИТП, 1989. - С. 79-83].
Недостатки конструкции представляют собой наличие раскосов, трудоемкость изготовления и монтажа.
Известна также пространственная решетчатая несущая конструкция, включающая систему перекрестных ферм из прямоугольных и квадратных труб (замкнутых гнутосварных профилей) с параллельными поясами и раскосными решетками, в которых узлы пересечений совмещены по вертикали, совпадающей с продольной осью стойки решеток, общей для ферм обоих направлений. Одним своим торцом стойка соединена с цельным стержневым элементом пояса фермы одного направления, а другим - со вставкой монтажного окна пояса фермы другого направления, выполненной при помощи двойных резов [Марутян А.С., Кобалия Т.Л., Боков С.А., Ковалев Д.А., Глухов С.А. Пространственная решетчатая несущая конструкция. - Патент №2485257, 20.06.2013, бюл. №17].
Недостатками этой конструкции также являются наличие раскосов и трудоемкость монтажа.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является стальная пространственная конструкция, образованная из линейных в плане взаимно пересекающихся несущих элементов в виде бесфасоночных ферм (сквозных балок) с поясами из тонкостенных холодногнутых оцинкованных профилей составного двутаврового сечения и стойками из квадратных или прямоугольных труб. Узловые соединения выполнены сдвигоустойчивыми на предварительно напряженных оцинкованных высокопрочных болтах [Гербер А.А., Крылов И.И. Стальная пространственная конструкция. - Патент №131759, 27.08.2013, бюл. №24].
Недостатки прототипа заключаются в его многодельности, а также трудоемкости изготовления и монтажа. Кроме того, общий недостаток приведенных известных технических решений представляет собой этажное сопряжение поясов линейных в плане взаимно пересекающихся несущих элементов, которое сопровождается увеличением строительной высоты покрытия (перекрытия).
Задача предлагаемого технического решения заключается в снижении трудоемкости изготовления и монтажа, а также в уменьшении строительной высоты покрытия (перекрытия).
Поставленная задача решается за счет того, что в стальной перекрестной конструкции из линейных в плане взаимно пересекающихся несущих элементов последние выполнены в виде балок составного сечения из пятиугольных труб (замкнутых гнутосварных профилей) или сквозных балок (безраскосных ферм) из пятиугольных и квадратных труб (замкнутых гнутосварных профилей). Верхние и нижние пояса балок составного сечения, а также верхние и нижние пояса сквозных балок (безраскосных ферм) из пятиугольных труб в узлах пересечения сопряжены и сцентрированы в одном уровне. Прерываемые в узлах пересечения пояса одного из направлений пригнаны вплотную к непрерываемым (цельным) поясам другого направления и подкреплены листовыми накладками прямоугольной формы, а стойки сквозных балок (безраскосных ферм) из квадратных труб могут быть расположены относительно поясной сетки перекрестной конструкции ортогонально или диагонально.
Предлагаемая стальная перекрестная конструкция является цельносварной, выполненной из универсальных, взаимозаменяемых и унифицированных в пересекающихся направлениях элементов. Конструктивно эти элементы, как в балочной, так и ферменной компоновке оформлены одинаково, что способствует снижению трудоемкости изготовления и монтажа. Несущие элементы в виде балок составного сечения из пятиугольных труб с узловыми сопряжениями в одном уровне обеспечивают минимальную строительную высоту покрытия (перекрытия). Несущие элементы в виде сквозных балок (безраскосных ферм) с поясами из пятиугольных труб и их узловыми сопряжениями в одном уровне также сопровождаются уменьшением строительной высоты. Листовые накладки прямоугольной формы позволяют накладывать сварные швы в самом удобном (нижнем) положении и обеспечивают равнопрочность прерываемых в узлах пересечения поясов с непрерываемыми (цельными) поясами другого направления [Марутян А.С. Узловые сварные соединения перекрестных стержневых элементов и их расчет.- Строительная механика и расчет сооружений, 2012, №4. - С. 77-82]. Стойки сквозных балок (безраскосных ферм) из квадратных труб выполнены с V-образными вырезами по торцам, что снижает концентрацию напряжений в бесфасоночных узлах, соединяющих их с поясами [Зинькова В.А., Солодов Н.В. Исследование напряженно-деформированного состояния бесфасоночных узлов трубчатых ферм. - Современные проблемы науки и образования. - Пенза: Издательский дом «Академия Естествознания», 2013, №6. - С. 205-212].
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показана схема расположения несущих элементов стальной перекрестной конструкции; на фиг. 2 представлен разрез несущих элементов, выполненных в виде балок составного сечения из пятиугольных труб; на фиг. 3 - разрез несущих элементов, выполненных в виде сквозных балок (безраскосных ферм) с поясами из пятиугольных труб и стойками из квадратных труб, ортогонально расположенных относительно поясной сетки перекрестной конструкции; на фиг. 4 - разрез несущих элементов, выполненных в виде сквозных балок (безраскосных ферм) с поясами из пятиугольных труб и стойками из квадратных труб, диагонально расположенных относительно поясной сетки перекрестной конструкции; на фиг.5 приведен общий вид узла пересечения балок составного сечения в процессе сборки; на фиг. 6 - общий вид узла пересечения сквозных балок (безраскосных ферм) с ортогональной стойкой в процессе сборки; на фиг .7 - общий вид узла пересечения сквозных балок (безраскосных ферм) с диагональной стойкой в процессе сборки.
min
min
Предлагаемое техническое решение стальной перекрестной конструкции включает верхние и нижние поясные элементы 1 из пятиугольных труб длиной на две ячейки поясной сетки. Торцы поясных элементов 1 обработаны для плотного примыкания в узлах пересечения. Плотное примыкание позволяет их обварить, подкрепив при помощи верхних 2 и нижних 3 листовых накладок прямоугольной формы. Верхние накладки 2 по ширине на 20…30 мм уже поясных элементов 1, а нижние накладки 3, наоборот, на 20…30 мм шире. В промежутках между узлами пересечения верхние и нижние пояса составных балок соединены друг с другом посредством прерывистых швов 4, расстояния между которыми в свету не должны превышать 40i, где i - минимальный радиус инерции сечения пятиугольного гнутосварного профиля поясного элемента 1 [СНиП II-23.81∗. Стальные конструкции. - М.: ОАО «ЦПП», 2008. - С. 11, п. 5.7]. В случае сквозных балок (безраскосных ферм) верхние и нижние поясные элементы 1 из пятиугольных труб также длиной на две ячейки поясной сетки соединены друг с другом посредством узловых 5 и рядовых 6 стоек из квадратных труб, расположенных ортогонально, или аналогично посредством узловых 7 и рядовых 8 стоек из квадратных труб, расположенных диагонально.
Предлагаемая стальная перекрестная конструкция имеет универсальное техническое решение, а также обладает необходимым и достаточным ресурсом несущей способности для эффективной реализации в самостоятельной каркасной системе. Не менее рациональным может оказаться ее применение в качестве вспомогательной несущей конструкции с повышенной степенью ответственности. В качестве примера здесь можно привести известное решение покрытия павильона «Механизации сельского хозяйства» на ВДНХ Украины, которое в конструктивном отношении представляет собой ортогональную перекрестную систему ферм с параллельными поясами и треугольной решеткой. В квадраты верхних поясов размером 11,2×11,2 м установлены регулярные балочные ростверки таким образом, что размер ячейки верхней сжатой плоскости покрытия составляет 2,8×2,8 м, что равномерно распределило нагрузки между ребрами и повысило устойчивость сжатых поясов [Конструктивные решения зданий и сооружений / В.С. Волга, И.П. Гордеев, СБ. Дехтяр и др. - Киев: Буддвельник, 1985. - 120 с]. Предлагаемая стальная перекрестная конструкция по сути своей также является регулярным балочным ростверком. Если его расположить диагонально, то за счет образования по периметру такого ростверка геометрически неизменяемого очертания из треугольников устойчивость сжатых поясов возрастет в еще большей степени.