ФЕРМА ИЗ ШВЕЛЛЕРОВ
FRAME OF CHANNELS

Изобретение относится к области строительства и касается ферм, пояса и решетка которых выполнены из швеллеров с нахлестом стержней на фасонки.
Известно узловое соединение ферм, содержащее кусочно-ломанного очертания пояса и решетку из швеллеров, которые нахлестнуты на две параллельные фасонки и прикреплены к ним на болтах или на сварке (см. Металлические конструкции. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1980, стр. 220, рис. 11.19, узлы Б, Г).
Наиболее близким по технической сущности решаемой задачи является ферма из швеллеров патент RU №2415233 С1, содержащая двухскатный верхний и горизонтальный нижний пояса, составленные из двух швеллеров, соединенных на планках, нисходящие приопорные раскосы из двух швеллеров, скрепленных стенками, а полками внахлест прикрепленных к стенкам поясных швеллеров, и с решеткой фермы из одиночных швеллеров, прикрепленной к верхнему и нижнему поясам через узловые фасонки на саморезах, болтах или на сварке, отличающаяся тем, что вся ферма и ее узловые фасонки выполнены из одного сечения швеллера, при этом фасонки выполнены в форме двух отрезков швеллеров, которые своими полками внахлест прикреплены к полкам поясных швеллеров, а стенками - к полкам швеллеров решетки.
Основным недостатком металлических конструкций прототипа является потеря устойчивости при сжатии. Особенно этот фактор проявляется при использовании тонкостенных профилей. Кроме того, здесь же так же негативным является низкий предел огнестойкости.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение несущей способности при потере общей и местной устойчивости, прочности, а также повышение огнестойкости и огнесохранности.
Технический результат, полученный при решении поставленной задачи, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, и которое устраняет недостатки, присущие прототипу, достигается тем, что в ферме из швеллеров верхний сжатый пояс и сжатые раскосы подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п.
Ферма из швеллеров может быть выполнена со сжатым верхним поясом из поясных швеллеров, уложенных параллельно друг на друга, соединенных между собой полками, подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п.
Ферма из швеллеров может быть выполнена со сжатым верхним поясом из поясных швеллеров, соединенных между собой полками через дискретные швеллерные вставки, расположенные между узлами в количестве не менее двух, в узлах вставлены промежуточные швеллерные фасонки, расположенные между поясными швеллерами, соединенными полками с поясами, и стенками к швеллерам раскосов, а в узлах верхнего пояса снизу так же прикреплены нижние фасонки большей длины.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с раскосами из составных швеллеров, образуя коробчатое сечение, и скреплены стенками к поясам и фасонкам.
Ферма из швеллеров может быть выполнена со всеми элементами, которые подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с болтами в нижнем поясе, которые вставлены в трубки и через пластины обжимают стенки нижнего пояса, а под трубкой располагается предварительно напряженный канат, а по торцам на опорах устроены опорные пластины для фиксации каната.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с прямолинейным нижним поясом.
Ферма из швеллеров может быть выполнена со шпренгелями.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с полигональным очертанием.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с применением всех вышеописанных предложений.
2
В таблицах 1-4 представлены данные по увеличению изгибной жесткости сечений с обшивками из листов СМЛ толщиной 10 мм и модулем упругости обшивки, равным 100000 кг/см, в сравнении с прототипом. Например, при использовании профилей ПГС 100×50×1 мм, изгибная жесткость увеличивается в 1,349 раза (табл. 1). Например, при использовании профилей ПГС 100×50×1 мм из поясных швеллеров, уложенных параллельно друг на друга, соединенных между собой полками, подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ (табл. 4), изгибная жесткость увеличивается в 1,676 раза.
В таблицах 5-7 представлены данные результатов расчетов огнестойкости по несущей способности R для защиты профилей ПГС 100×50×2 исполнения 1-4. Типы исполнения огнезащиты соответствуют представленным фигурам:
Тип 1 - фиг. 1 раскосы (4);
Тип 2 - фиг. 2;
Тип 3 - фиг. 3 и фиг. 6 (без трубки 12 и каната 14); Тип 4 - фиг. 4 (без дискретных вставок 8).
Расчеты выполнены на температуру «стандартного» огневого воздействия, приложенную к 4-м сторонам огнезащиты. Огнезащита в расчете рассмотрена из стекломагниевых листов (СМЛ) толщиной 10, 20, 30 мм.
С применением огнезащитных листов достигается предел огнестойкости, равный 75 мин (R75). Огнестойкость конструкции фермы из швеллеров, в зависимости от типа здания и нагрузок, увеличивается в 5 раз.
В таблице 8 представлены результаты расчетов по созданию предварительного напряжения при помощи затяжки. В качестве примера рассчитана ферма пролетом 18 м (фиг. 1), с ломанным нижним поясом на 0,5 м вниз, общей высотой 2 м, выполненная из спаренных швеллеров ПГС 100×50×2. В панели верхнего пояса добавлены стойки, и 1-ый восходящий раскос имеет шпренгель.
о
В табл. 8 представлены результаты в зависимости от величины предварительного напряжения от 100 до 800 МПа (без учета других нагрузок). При создании предварительного напряжения нижний пояс фермы оказывается сжатым, а верхний пояс растянутым. При этом все узлы нижнего пояса перемещаются вверх. Центральный узел фермы при σ=800 МПа перемещается на величину, равную -23.46 мм.
Таким образом, увеличивается общая жесткость конструкции на 25,5% и повышается ее несущая способность на 36,4%. Кроме того, предварительно напряженный канат (стержень 13) защищен от прямого огневого воздействия и повышается общая огнестойкость и огнесохранность конструкции.
Проведенный заявителем анализ техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня, заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема фермы из швеллеров;
на фиг. 2 - верхний сжатый пояс и сжатые раскосы подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п.;
на фиг. 3 - сжатый верхний пояс выполнен из поясных швеллеров, уложенных параллельно друг на друга, соединенных между собой полками, подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п.;
на фиг. 4 - сжатый верхний пояс выполнен из поясных швеллеров, соединенных между собой полками через дискретные швеллерные вставки;
на фиг. 5 - фрагмент узла с верхним поясом, соединенным через дискретные швеллерные вставки;
на фиг. 6 - сечение Б-Б по нижнему поясу с предварительно напряженным канатом.
Ферма, содержащая двухскатный верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из швеллеров 6, соединенных на планках. Нисходящие приопорные раскосы 3 составлены из двух швеллеров 6, которые скреплены стенками, а полками внахлест прикреплены к стенкам поясных швеллеров. Решетка ферм состоит из одиночных швеллеров 6, которые прикреплены к верхнему 1 и нижнему 2 поясам через узловые фасонки 5 на саморезах, болтах или на сварке (фиг. 1). Верхний сжатый пояс 1 и сжатые раскосы 4 подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ 7, ЦСП, ГКЛ и т.п. (фиг. 2).
Ферма из швеллеров может быть выполнена из поясных швеллеров 6, уложенных параллельно друг на друга, соединенных между собой полками, и подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ 7, ЦСП, ГКЛ и т.п. (фиг. 3).
Ферма из швеллеров может быть выполнена со сжатым верхним поясом 1, который выполнен из поясных швеллеров, соединенных между собой полками через дискретные швеллерные вставки 8, расположенные между узлами в количестве не менее двух (фиг. 4). В узлах вставлены промежуточные швеллерные фасонки 9, которые расположены между поясными швеллерами, соединенными полками с поясами, и стенками к швеллерам раскосов, а в узлах верхнего пояса снизу так же прикреплены нижние фасонки 5 большей длины (фиг. 5).
Ферма из швеллеров может быть выполнена с раскосами из составных швеллеров, образуя коробчатое сечение 10 (фиг. 5), и скреплены стенками к поясам 1-2 и фасонкам 5.
Ферма из швеллеров может быть выполнена со всеми элементами (включая и растянутые элементы), которые подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ 7, ЦСП, ГКЛ и т.п.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с предварительным напряжением нижнего пояса. В каждом узле устроены болты 11, которые вставлены в трубки 12 и через пластины 13 обжимают стенки нижнего пояса, а под трубкой 12 располагается предварительно напряженный канат 14 (фиг. 6), а по торцам на опорах устроены опорные пластины для фиксации каната.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с прямолинейным нижним поясом.
Ферма из швеллеров может быть выполнена со шпренгелями в сжатых раскосах и поясах, которые обеспечивают их устойчивость.
Ферма из швеллеров может быть выполнена с полигональным очертанием.
Предлагаемое техническое решение придает ферме из швеллеров ряд новых существенных отличительных свойств. Предлагаемое решение имеет существенные отличия по сравнению с известными решениями:
- верхний сжатый пояс и сжатые раскосы подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п., что позволяет увеличить их устойчивость и изгибную жесткость на 18%;
- поясные швеллера, уложенные параллельно друг на друга, соединены между собой полками и подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п., что позволяет увеличить их устойчивость и изгибную жесткость на 68%;
- сжатый верхний пояс, который выполнен из поясных швеллеров, соединенных между собой полками через дискретные швеллерные вставки, позволяет увеличить их устойчивость и изгибную жесткость до 100%;
- раскосы из составных швеллеров, которые образуют коробчатое сечение и скреплены стенками к поясам и фасонкам, позволяют увеличить их устойчивость и изгибную жесткость;
- все элементы (включая и растянутые элементы), которые подкреплены со всех четырех сторон листами СМЛ, ЦСП, ГКЛ и т.п., позволяют увеличить их прочность, устойчивость и изгибную жесткость, а также увеличить огнестойкость и огнесохранность от 3 до 7 раз;
- предварительное напряжение нижнего пояса позволяет увеличить общую жесткость конструкции на 25,5%, и повысить ее несущую способность на 36,4%. Кроме того, предварительно напряженный канат (стержень) защищен от прямого огневого воздействия и повышается общая огнестойкость и огнесохранность конструкции.
- выполнение нижних поясов прямолинейными, или сжатых раскосов и поясов со шпренгелями, или элементов с полигональным очертанием позволяет расширить функциональные области применения конструкции;
- выполнение всех элементов фермы из швеллеров одного профиля дает возможность изготовления всех элементов фермы и ее фасонок на одной поточной линии (одном прокатном стане), что упрощает изготовление элементов фермы (стержней и фасонок) и остаются только операции сборки фермы, например, на болтах, или на сварке, или на саморезах.
Ферма в покрытиях может быть использована как в прогонных, так и в беспрогонных решениях.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в строительной индустрии;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.
Технико-экономический эффект от внедрения предложенного технического решения получается за счет повышения надежности и долговечности, огнестойкости, повышения качества, снижения металлоемкости, стоимости.