УЗЕЛ РАМЫ С ЗАТЯЖКОЙ

Полезная модель относится к строительным конструкциям, а именно к рамным каркасам одноэтажных зданий и сооружений.
Известны узлы рамных конструкций типа «Канск», «Орск», «Алма-Ата», в которых несущая металлическая конструкция имеет жестко соединенные с ригелем стойки, опираемые на железобетонный фундамент (Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений. Справочник проектировщика. / Под общ. ред. В.В. Кузнецова - М.: изд-во АСВ, 1998, с. 210-223 рис. 11.2-11.9).
Недостатком таких технических решений является повышенная материалоемкость конструкции за счет неэффективного использования стали по сечению элементов, чрезмерной толщины стальных элементов, а также по причине усилий распора, которые воспринимаются жесткими узлами элементов и фундаментами.
Известен ангар с металлической кровлей, каркасом и железобетонным фундаментом, в котором каркас выполнен из сборных бесшарнирных рам, установленных бесшарнирной опорой на фундамент, содержащих стропильные балки и колонны, соединенные между собой посредством жестких стыков и затяжкой, при этом стропильные балки и колонны имеют стальную оболочку, заполненную бетоном, на боковых гранях стальной оболочки имеется перфорация, а внутри стропильной балки расположена затяжка и прикреплена к наружным граням колонн (RU 2702032, Е04В 1/22, Е04С 3/293, Е04С 3/34, 03.010.2019 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость конструкции узла сопряжения колонн и балки за счет неэффективного использования стали поперечного сечения элементов каркаса в пределах узла их сопряжения, а также малого выноса затяжки, которая располагается внутри балки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является узел рамы с затяжкой, включающий стойку, ригель, затяжку, фланцевую пластину, укрепленную ребром жесткости, а затяжка прикрепляется одновременно к ригелю и стойкам рамы в уровне карнизных узлов, при этом стойки и ригель выполнены двухветвевыми сквозного поперечного сечения, ветви предусматриваются из тонкостенных стальных профилей, ветви стоек и ригеля объединяются соединительными планками и диафрагмами, планки выполнены из стального листового проката, а диафрагмы - из тонкостенного профиля С-образного сечения (RU 179 281, Е04В 1/24, Е04С 3/04, 07.05.2018 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость конструкции за счет неэффективного использования стали поперечного сечения элементов каркаса в пределах узла их сопряжения, большого количества монтажных элементов в зоне максимальных усилий изгиба, а также необходимости обеспечения местной устойчивости стальных элементов.
Задача полезной модели - снижение материалоемкости за счет расхода стали и повышение жесткости узла рамы.
Технический результат достигается тем, что узел рамы с затяжкой, включающий стойку, ригель и затяжку, содержит Г-образную вставку сплошного поперечного сечения, состоящую из стальной оболочки переменной высоты, заполненной бетоном, на боковых гранях стальной оболочки имеются накладки, затяжка шарнирно соединена с накладками через стальной стержень, стойки и ригель выполнены сплошного поперечного сечения и жестко прикреплены к Г-образной вставке.
Узел рамы с затяжкой дополнительно может содержать между ригелем и затяжкой стойки переменной длины, которая увеличивается от Г-образной вставки и к середине пролета ригеля.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 - общий вид рамы;
на фиг. 2 - узел рамы;
на фиг. 3 - поперечное сечение 1-1;
на фиг. 4 - поперечное сечение 2-2;
на фиг. 5 - поперечное сечение 3-3;
на фиг. 6 - эпюра изгибающих моментов в раме.
Узел рамы с затяжкой (фиг. 1), включающий стойку 1, ригель 2 и затяжку 3, содержит Г-образную вставку 4 сплошного поперечного сечения, состоящую из стальной оболочки 5 переменной высоты, заполненную бетоном 6, на боковых гранях стальной оболочки 5 в зоне максимальных усилий изгиба узла имеются накладки 7 (фиг. 2, 3). Стойка 1 и ригель 2 выполнены сплошного поперечного сечения из стальных двутавров или трубчатых профилей и жестко прикреплены к Г-образной вставке 4 в зоне минимальных усилий изгиба в узле через фланцы 8 (фиг. 4, 5, 6). Стальная оболочка 5 имеет переменную высоту сечения, увеличивающуюся к участку Г-образной вставки 4 с максимальными усилиями изгиба (фиг. 6), и может быть получена путем разрезки трубчатого квадратного или прямоугольного профиля по наклонной линии. Затяжка 3 выполнена из стальных арматурных стержней или канатов и шарнирно соединена с накладками 7 через стальной стержень 9. Между ригелем 2 и затяжкой 3 расположены стойки переменной длины 10, увеличивающейся от Г-образной вставки 4 и к середине пролета ригеля 2 в соответствии с эпюрой изгибающих моментов от внешних нагрузок (фиг. 6).
Сплошное поперечное сечение стойки 1, ригеля 2 и Г-образной вставки 4, развитое в плоскости усилий изгиба, позволяет отказаться от дополнительных соединительных элементов и снизить материалоемкость узла и элементов рамы.
Переменная высота сечения стальной оболочки 5 Г-образной вставки 4, увеличивающаяся к участку узла с максимальными усилиями изгиба (фиг. 5), позволяет уменьшить расход стали элементов и снизить материалоемкость узла.
Заполнение стальной оболочки 5 Г-образной вставки 4 бетоном 6 повышает несущую способность узла при действии напряжений общего изгиба и местного изгиба граней стальной оболочки 5, что позволяет уменьшить расход стали и снизить материалоемкость узла при повышении жесткости. Бетон 6, находясь в замкнутом контуре стальной оболочки 5 Г-образной вставки 4, обладает повышенными прочностными характеристиками, что снижает материалоемкость узла.
Наличие затяжки 3 под ригелем 2 позволяет регулировать нормальные напряжения общего изгиба в стойке 1, ригеле 2 и Г-образной вставке 4, воспринимать усилия распора, что приводит к уменьшению расхода стали и, как следствие, к снижению материалоемкости узла и элементов рамы, а также повышает жесткость рамы.
Переменная длина стоек 10 позволяет регулировать очертание затяжки 3 и добиться наиболее эффективного регулирования усилий в стойке 1, ригеле 2 и затяжке 3, что приводит к снижению материалоемкости узла и элементов рамы.
Наличие накладок 7 на боковых гранях стальной оболочки 5 Г-образной вставки 4 в зоне максимальных усилий изгиба узла (фиг. 5) позволяет воспринимать максимальные значения изгибающих моментов, что приводит к снижению материалоемкости узла.
Наличие фланцев 8 на концах Г-образной вставки 4, размещаемых в зонах минимальных изгибающих моментов стойки 1 и ригеля 2, позволяет снизить расход материалов на устройство узлов их сопряжения, что приводит к снижению материалоемкости узла.
Несущая способность узла рамы с затяжкой обеспечивается подбором класса бетона, марки стали, размеров поперечного сечения элементов, очертанием затяжки и величиной ее натяжения.