ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ФЕРМЫ ИЗ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ С ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
SPATIAL STRUCTURE OF FRAME FROM THIN-WALL RODS WITH IMPROVED OPERATIONAL CHARACTERISTICS

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству зданий и сооружений из металлических конструкций.
Актуальность разработок в данной отрасли обусловлена необходимостью строительства объектов с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками не только на территории суши, но и на ледовых образованиях Арктической зоны Российской Федерации (постановление Правительства Российской Федерации от 21 апреля 2014 г., № 366 г., Москва, "Об утверждении государственной программы Российской Федерации. Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года").
Из уровня техники известны конструкции ферм, представленные в Беленя Е.И. и др. «Металлические конструкции. Специальный курс», издание 2-е, Москва, Стройиздат, 1982 г., а также в Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. и др. «Металлические конструкции. Общий курс» 600 с.
Существуют металлические фермы различной геометрической формы, выполненные из горячекатаной или холодногнутой стали: RU 112918 U1 (ХАСИМОВ Р.И. 27.01.2012); RU 77304 U1 (ТАЛАШ А.Г. и др. 20.10.2008); RU 89550 U1 (ХАСИМОВ Р.И. и др. 10.12.2009); US 2008295442 A1 (NUCOS STEEL CORP, 04.12.2008).
Конструкционные решения таких ферм имеют относительно небольшие показатели несущей способности, жесткости и устойчивости.
За прототип принято техническое решение RU 2531980, в котором предварительно-напряженная ферма оболочечного типа из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) состоит из нескольких предварительно напряженных верхних поясов ферм, соединенных между собой пластинчатыми элементами и выполненных из легких стальных тонкостенных стержней, раскосов, соединенных между собой пластинчатыми элементами и выполненных из легких стальных тонкостенных стержней, и нижних поясов ферм, соединенных между собой пластинчатыми элементами и выполненных из легких стальных тонкостенных стержней.
Реализация такой конструкции фермы ведет к техническим сложностям и, соответственно, к финансовым и материальным затратам. Кроме того, исходя из архитектурных и эксплуатационных соображений, использование закругленного верхнего пояса фермы может быть не приемлемо в рассматриваемых условиях эксплуатации, что несколько сужает область их применения.
Задачей изобретения является создание конструкции фермы из тонкостенных стержней с меньшей стоимостью, с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками для широких областей ее использования, в том числе на территории Арктической зоны Российской Федерации.
Технический результат заключается в снижении стоимости, веса, материальных затрат и трудоемкости изготовления конструкции фермы, повышении ее прочностных и эксплуатационных характеристик, а именно: уменьшении кручения в тонкостенных стержнях, увеличение несущей способности, геометрической неизменяемости и устойчивости как отдельных элементов, так и всей пространственной конструкции фермы в целом, а также в расширении области их использования.
Технический результат достигается за счет того, что пространственная конструкция фермы, состоящая из нескольких рядом расположенных ферм, соединена пластинчатыми элементами не только между собой, как в прототипе, но и в плоскости одной фермы. Таким образом, вертикально расположенные пластинчатые элементы воспринимают значительные усилия, передаваемые на конструкцию фермы, что позволяет получить высокие механические характеристики, заявленные в техническом результате.
Снижению стоимости и трудоемкости изготовления конструкции фермы, а также расширению области их использования, способствует применение в качестве стержневых элементов фермы профилей из горячекатаной или холодногнутой стали, а также пренебрежение предварительно-напряженными элементами в конструкции прототипа.
Снижение стоимости изготовления, веса конструкции и материальных затрат достигается также за счет того, что пластинчатые элементы могут иметь перфорацию и быть прерывистыми вдоль длины стержня, то есть на ограниченной стержнями площади может быть расположено несколько пластинчатых элементов в одной плоскости.
Общая композиция фермы, состоящая из перечисленных отличительных признаков, обеспечивает синергетический эффект - взаимное усиление действия, направленное на достижение технического результата, то есть комбинация отличительных признаков в отдельности и совместно с известным техническим решением дает больший эффект, чем сумма признаков фермы по отдельности. Данный эффект обусловлен спецификой работы конструкции и ее отдельных элементов. Когда ресурс несущей способности еще не исчерпан, конструктивные элементы или общая конструкция фермы теряет устойчивость. Вертикальные и горизонтальные пластинчатые элементы совместно обеспечивают геометрическую неизменяемость фермы, позволяя использовать максимальный ресурс несущей способности ее элементов.
Стоит обратить внимание, что на эксплуатационные характеристики рассматриваемой конструкции влияет и способ соединения пластинчатых и стержневых элементов фермы. В заявленном изобретении предусмотрен сварной, винтовой или заклепочный способ соединения элементов.
Конструкция изобретения представлена на чертеже, где:
1 - стержневой элемент фермы;
2 - горизонтальный пластинчатый элемент;
3 - вертикальный пластинчатый элемент.
Конструкция фермы из тонкостенных стержневых и пластинчатых элементов с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками состоит из нескольких, например двух, рядом расположенных конструкций ферм, состоящих из стержневых элементов 1, выполненных из горячекатаной или холодногнутой стали. Рядом расположенные фермы соединены горизонтальными пластинчатыми элементами 2 через стержневые элементы. Сечение и вид профилей подбирается расчетом. Стержневые элементы соединяются также и вертикальными пластинчатыми элементами 3 в плоскости одной фермы.
Пластинчатые элементы 2, 3 могут иметь различные геометрические и физические параметры, которые подбираются расчетом. Пластинчатые элементы соединяются со стержневыми элементами, например, сварным, винтовым или заклепочным способами. Пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня, то есть на ограниченной стержнями площади могут быть расположены несколько пластинчатых элементов в одной плоскости. Для экономии материала и снижения веса пространственной конструкция пластинчатые элементы 2, 3 могут иметь перфорацию.
Конструкция фермы может применяться в промышленном и гражданском строительстве, при строительстве зданий и сооружений различного назначения, в том числе на ледовых образованиях Арктической зоны Российской Федерации.