Рамная конструкция составного двутаврового сечения с гофрированной стенкой

Полезная модель относится к области строительства, а именно к несущим конструкциям рамного типа, и может использоваться в зданиях и сооружениях промышленного и гражданского назначения. Известна рамная металлическая конструкция типа «Алма-Ата», в которой стойки выполнены из широкополочных двутавров, а ригель - сварной двутавр с тонкой поперечно гофрированной стенкой (Металлические конструкции. В 3 т. Т.2. Стальные конструкции зданий и сооружений. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова - М.: АСВ, 1998. - 512 стр. С.223.).
Недостатком конструкции является потребность в специальном оборудовании для гофрирования и сварки ригеля, т.е. повышение трудоемкости, «привязка» к конкретному заводу-изготовителю и сопутствующее увеличение транспортных расходов по доставке готовых отправочных марок на стройплощадку.
Наиболее близкой по технической сути к заявляемой полезной модели является рамная конструкция с переменно-гофрированными элементами [Патент РФ на полезную модель №114981, МПК Е04С 3/07], состоящая из ригеля и стоек переменного сечения, в соответствии с характером распределения внутренних усилий. При этом переменное гофрирование стенки ригеля и стоек заключается в том, что гофры большей жесткости рационально применяются на участках с преобладанием поперечных сил с последующим изменением параметров гофров (шага и/или высоты) в соответствии с изменением интенсивности поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов.
Недостатками конструкции являются:
сложные параметры переменного гофрирования, требующие специальной технологии производства;
низкая мобильность конструкции вследствие ее сборки из крупных заводских марок и использования неразъемных сварных соединений.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является мобильность рамной конструкции, т.е. возможность, при необходимости, ее демонтажа и разборки на составляющие элементы, транспортировки в разобранном состоянии к новому месту установки, последующей сборки и повторного использования, без снижения несущей способности и эксплуатационных качеств.
Технический результат достигается за счет того, что рамная конструкция состоит из ригеля и стоек составного двутаврового сечения с верхним и нижним поясами и гофрированной стенкой, узловой коньковой детали, узловых карнизных деталей, фланцевых соединений, соединительных планок, а пояса, гофрированные стенки, узловые детали (карнизные и коньковая), соединительные планки объединяются посредством разъемных соединений (оцинкованные саморезы, болты, винты) в единую рамную конструкцию.
В качестве поясов могут использоваться уголки, швеллеры, замкнутый профиль.
Гофрированные стенки выполнены из профилированного листа.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами:
На фиг.1 - поперечный вид рамной конструкции;
На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2;
На фиг.4 - поперечное сечение элемента рамной конструкции (ригеля и стойки) при использовании в качестве поясов уголков;
На фиг.5 - поперечное сечение элемента рамной конструкции (ригеля и стойки) при использовании в качестве поясов швеллеров;
На фиг.6 - поперечное сечение элемента рамной конструкции (ригеля и стойки) при использовании в качестве поясов замкнутого профиля;
На фиг.7 - схема сборки элемента рамной конструкции при использовании уголков в качестве поясов составного сечения;
На фиг.8 - схема сборки элемента рамной конструкции при использовании швеллеров в качестве поясов составного сечения;
На фиг.9 - схема сборки элемента рамной конструкции при использовании замкнутого профиля в качестве поясов составного сечения.
Рамная конструкция составного сечения с гофрированной стенкой (см. фиг.1) имеет оптимальное, с точки зрения распределения материала, очертание, близкое к очертанию эпюры изгибающих моментов. Максимальные значения высот сечений в коньковом и карнизных узлах и минимальное - в точках пересечения эпюрой моментов нейтральной оси в ригеле и в узлах опирания стоек на фундаменты.
Составными частями рамной конструкции являются ригель 1, стойки 2, узловая коньковая деталь 3, узловые карнизные детали 4, которые на монтаже объединяются в единую конструкцию при помощи фланцевых соединений 5 на болтах. Под карнизным узлом понимается соединение ригеля 1 со стойкой 2, под коньковым узлом - соединение симметричных половин ригеля 1 по центру рамы. Детали данных узлов имеют заводское изготовление.
Сборка конструкции заявленной полезной модели осуществляется следующим образом. После предварительного раскроя поясов 6, 7 и профлиста стенки 8 (части составного сечения ригеля 1 и стоек 2) на заводе или в условиях строительной площадки на бойке собирают две симметричные половины каждого элемента.
Гофрированную стенку крепят к поясам (см. фиг.2, фиг.3) с помощью крепежных элементов 9. Совмещают в единой конструкции две половины. Гофрированные стенки половин скрепляют между собой крепежными изделиями 9 с расчетным шагом.
Для обеспечения совместной работы прокатных элементов поясов 6, 7 и для повышения их жесткости и устойчивости из плоскости рамы к ним с помощью крепежных изделий 9 крепят с определенным расчетным шагом соединительные планки 10.
На заключительном этапе к основной конструкции для организации монтажных стыков монтируют фланцы 5 из листовой стали.
Таким образом, ригель и стойки рамы, состоящие из множества отдельных элементов, могут собираться при помощи разъемных соединений (оцинкованные саморезы, болты, винты) на заводе, и в виде отправочных марок доставляться на стройплощадку для последующего монтажа. Либо доставляться в полностью разобранном виде для осуществления всех технологических операций непосредственно на месте строительства.
Объемом полезной модели предусмотрено использование в качестве поясов составного сечения проката различного профиля (см. фиг.4, фиг.5, фиг.6). Работа рамной конструкции с гофрированной стенкой под нагрузкой (вертикальной, горизонтальной и их комбинаций) характеризуется тем, что элементы рамы испытывают поперечный изгиб. При этом гофрированная стенка 3 практически не включается в работу на изгиб и нормальные напряжения в ригеле и стойках воспринимаются поясами 6, 7. Продольные силы (вертикальные усилия в стойках 2, распор в ригеле 1) полностью воспринимаются поясами 6, 7, из-за малой жесткости стенки 3 вдоль гофров. Гофрированная стенка 3 работает на сдвиг и воспринимает поперечные силы и крутящие моменты. Горизонтальные реакции от стоек 2 воспринимаются конструкцией фундамента либо устроенной затяжкой.
За счет двойного гофрирования стенки рамы жесткость всей конструкции увеличивается и увеличивается устойчивость сжатого верхнего пояса ригеля из плоскости рамы.
Кроме того, конструкция терпима к ошибкам изготовления в условиях строительной площадки, за счет перераспределения усилий, не требует высококвалифицированных кадров и дорогостоящего монтажного оборудования.
Преимущества рамной конструкции с профлистом в качестве гофрированной стенки:
доступность материалов;
многократное использование (сборно-разборность) рамы;
раскрой и сборка может осуществляться в условиях строительной площадки;
отсутствие необходимости в высококвалифицированных кадрах на строительной площадке, вследствие простоты раскроя стальных элементов и их сбора в единую конструкцию;
конструкция терпима к ошибкам изготовления в условиях строительной площадки;
возможность доставки элементов конструкции к месту сборки в пакетах, что позволит снизить расходы на транспортировку, особенно для труднодоступных и удаленных районов;
повышенная коррозийная стойкость и долговечность ввиду высококачественного и технологичного цинкового покрытия;
выполнение принципа дробности напряжений и вязкости работы соединений, что повышает живучесть конструкции;
возможность подбора сечения под конкретную нагрузку или диапазон загружений, несущая способность рамы может быть изменена варьированием толщины гофрированной стенки, путем добавления дополнительных листов в наиболее нагруженных участках;
высокая ремонтопригодность.
Таким образом достигается указанный технический результат, который является решением актуальной задачи:
экономии материальных ресурсов - низкая стоимость и доступность исходных материалов (профлист, саморезы/болты/винты), а также возможность повторного использования;
сокращения срока строительства - быстрота соединения элементов, раскройка профлиста по готовым чертежам не требует сложных механизмов (используется УШМ) и больших трудозатрат;
снижения транспортных расходов - транспортировка малоразмерных элементов возможна в стандартном кузове грузового автомобиля.