ФЕРМА АРОЧНОГО ТИПА

Полезная модель относится к фермам арочного типа и используется преимущественно в навесах арочного типа для автомобилей или беседок.
Из уровня техники известна ФЕРМА АРОЧНОГО ТИПА
[http://www.zavodsz.ru/Metallokonstruktsii/metallicheskie-arki.html, опубл. 14.06.2014 г.], содержащая нижнюю арку и две верхние арки, между которыми установлены поперечные планки, при этом между верхней и нижней арками установлены попарно наклонные планки, которые образуют две параллельные непрерывные конструкции опорных угольников.
Недостатком аналога является большая металлоемкость фермы арочного типа, использование планок 2 типов, а также необходимость формирования 2 непрерывных конструкций опорных угольников, что усложняет технологию изготовления фермы.
Наиболее близкой по технической сущности является ФЕРМА АРОЧНОГО ТИПА [http://kranovoy.ru/assets/images/D7.jpg, опубл. 9.07.2016 г.], содержащая нижнюю арку и верхнюю арку, между которыми установлены планки, при этом крайние планки выполнены длиной, равной высоте фермы, а соседние с ними планки выполнены с увеличенной длиной в сравнении с остальными планками, которые образуют непрерывную конструкцию из опорных угольников.
Недостатком прототипа является большая металлоемкость фермы, которая обусловлена тем, что из планок формируют непрерывную конструкцию из опорных угольников, а также необходимость использования для одной фермы планок 3 типов, что усложняет технологию изготовления и сборки фермы.
Техническим результатом полезной модели является снижение металлоемкости фермы, упрощение технологии изготовления и сборки фермы.
Указанный технический результат полезной модели достигается за счет того, что ферма арочного типа, содержащая нижнюю и верхнюю арки, между которыми установлены планки с образованием упорных угольников, отличающаяся тем, что планки попарно соединены на нижней арке и образуют дискретную конструкцию из перевернутых опорных угольников, при этом длина планок I=0,03 L+0,168+k1, а угол наклона торцов планок α=2,5L+47+k2, где L - расстояние между крайними планками, которые расположены вертикально между внутренней поверхностью верхней арки и торцами нижней арки, высота фермы Н=0,097L+0,117+k3, где k1 - коэффициент, выбираемый в диапазоне от -0,05 до 0 м, k2 - коэффициент, выбираемый в диапазоне от - 4 до 0 град., k3-коэффициент, выбираемый в диапазоне от -0,4 до +0,6 м.
В частности, расстояние по нормали от внутренней до внешней поверхности фермы h составляет 0,3 м при L в диапазоне от 2,8 до 4,5 м и 0,35 м при L в диапазоне от 4,8 до 6 м. В частности, ширина профиля планки d для ширины арочного пролета L в диапазоне от 2,8 до 4,5 м составляет 25 мм, для ширины арочного пролета L в диапазоне от 4,8 до 6 м составляет 35 мм.
В частности, нижние торцы крайних планок и внутренняя поверхность нижней арки образуют общую непрерывную поверхность.
В частности, расстояние между крайними планками L является шириной арочного пролета.
В частности, высоту фермы Н выбирают исходя из условия, при котором обеспечивается минимальная материалоемкость фермы и достаточная прочность и покатость для удержания снегового покрова.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана конструкция фермы арочного навеса из одной секции арок.
На фиг. 2 показана конструкция фермы арочного навеса из двух секций арок.
На фиг. 3 показана планка фермы арочного навеса.
На фигурах обозначено: 1 - нижняя арка, 2 - верхняя арка, 3 - планка фермы, 4 - узел крепления секций арок, L - ширина арочного пролета, Н - высота арочного пролета, h - высота фермы, I - длина планки фермы, α - угол наклона торца планки фермы, d - ширина профиля планки.
Осуществление полезной модели
Ферма арочного типа состоит из нижней арки 1 и верхней арки 2, между которыми установлены планки 3 таким образом, что соседние пары планок 3 образуют дискретную конструкцию из перевернутых опорных угольников. Крайние планки 3 расположены вертикально между внутренней поверхностью верхней арки 2 и торцами нижней арки 1. Ферма арочного навеса характеризуется шириной арочного пролета L - это расстояние между крайними планками 3, высотой арочного пролета Н - это расстояние от крайних нижних точек арки 1 до верхней точки (макушки или конек) внутренней поверхности арки 1, высотой фермы h - это расстояние по нормали от внутренней поверхности арки 1 до внешней поверхности арки 2.
Планка 3 характеризуется длиной I - это расстояние по верхней или нижней поверхности от одного торца к другому, углом наклона торцов α - это угол в вертикальной плоскости между плоскостью торца и верхней или нижней поверхностями планки 3, шириной профиля d - это, например, длина стороны квадрата, образующего поперечное сечение квадратного профиля планки 3 или диаметр окружности круглого профиля планки 3.
Конструкция фермы арочного навеса может состоять из двух секций арок (см. фиг. 2), которые соединены узлом крепления 4, который может быть представлен планкой с болтовым соединением.
В 2016 году заявитель с целью оптимизации конструктивных параметров фермы для минимизации металлоемкости заявленной конструкции при сохранении нормативной прочности провел натурные испытания макетов со значениями ширины арочного пролета L=2,88 м и 4,5 м.
При моделировании нагрузок на макеты были определены оптимальные значения конструктивных параметров планок 3. Так, для ширины арочного пролета L=2,88 м оптимальная длина планок 3 I составила 0,25 м, а оптимальный угол скоса торцов а составил 54 град., для ширины арочного пролета L=4,5 м оптимальная длина планок 3 I составила 0,3 м, а оптимальный угол скоса торцов α составил 58 град.
По результатам экспериментов были определены функциональные зависимости диапазонов оптимальных конструктивных параметров планок 3 в зависимости от ширины арочного пролета I=0,03 L+0,168+k1 и α=2,5L+47+k2, где k1 - коэффициент выбираемый в диапазоне от -0,05 до 0 м, k2 - коэффициент, выбираемый в диапазоне от -4 до 0 град.
Таким же образом была определена функциональная зависимость оптимального значения высоты фермы арочного типа в зависимости от ширины арочного пролета Н=0,097L+0,117+k3, где k3 - коэффициент, выбираемый в диапазоне от -0,4 до+0,6 м.
При указанных функциональных зависимостях конструктивных параметров ширина фермы h составит 0,3 м при L от 2,8 до 4,5 м и 0,35 м при L от 4,8 до 6 м.
Ширина профиля планки d для ширины арочного пролета L от 2,8 до 4,5 м составляет 25 мм, для ширины арочного пролета L от 4,8 до 6 м d составит 35 мм.
Поясним практическое использование полученных функциональных зависимостей с целью определения геометрических характеристик фермы арочного типа для ширины арочного пролета L=4,4 м, k1=-0,05 м, k2=-4 град., k3=-0,02 м.
Для данных исходных значений длина планки фермы I=0,25 м, угол наклона торца планки фермы α=54 град., высота арочного пролета Н=0,52 м, высота фермы h=0,3 м, ширина профиля планки d=25 мм.
Таким же образом для пояснения практического использования полученных функциональных зависимостей определим геометрические характеристики фермы арочного типа для ширины арочного пролета L=6 м, k1=-0,05 м, k2=-4 град., k3=-0,02 м.
Для данных исходных значений длина планки фермы I=0,3 м, угол наклона торца планки фермы α=58 град., высота арочного пролета Н=0,68 м, высота фермы h=0,35 м, ширина профиля планки d=35 мм.
Технический результат полезной модели - снижение металлоемкости фермы арочного типа достигается за счет того, что планки 3 попарно соединены на нижней арке 1 и образуют дискретную конструкцию из перевернутых опорных угольников, что позволяет уменьшить число используемых планок 3. Кроме того, данный технический результат достигается за счет того, что для изготовления фермы используют планки 3 оптимальной длины I=0,03 L+0,168+k1 и угла наклона торцов планок α=2,5L+47+k2, а также арки 1 и 2, оптимальная высота которых определяется соотношением Н=0,097L+0,117+k3, которые зависят только от ширины арочного пролета L.
Технический результат полезной модели - упрощение технологии изготовления достигается за счет использования только планок 3 одного типа, включая использование их как крайних распорок, при этом упрощение технологии сборки достигается за счет формирования дискретной конструкции из перевернутых опорных угольников, что значительно проще, чем собирать непрерывную конструкцию, т.к. не нужно размечать место установки планок 3 на арке 2, поскольку их устанавливают парами на арку 1, а концами просто распирают основание верхней арки 2. Достоинствами заявленной фермы арочного типа являются:
- универсальность формы планок 3 для широкого диапазона ширины арочных пролетов в пределах 1,5 метров, что дает возможность экономить материалы и производить меньше видов ферм;
- отсутствие необходимости в промежуточных распорках между арочными секциями, т.к. конструкция обладает высокой прочностью;
- отсутствие необходимости выполнения отдельных конструкций крайних распорок.