Перфорированная балка-ферма

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при изготовлении длинномерных конструкций, в частности перфорированной балки со специальным вырезом и усиливающими ребрами жесткости.
Известны конструкции балок с шестигранной перфорацией стенки, полученные путем резки стенки прокатного двутавра по зигзагообразной ломаной линии с регулярным шагом и затем сваркой обеих половин в совмещенных между собой выступах стенки (патент RU 16176, МПК Е04С 3/08, 3/10, опубликовано 10.12.2000; патент RU 2154717, МПК Е04С 3/08, опубликовано 20.08.2000; СНиП П-2-81. Стальные конструкции. Балки с перфорированной стенкой, стр. 54). При этом увеличивается высота балки, перераспределяется материал сечения, увеличивается относительная площадь поясов. Недостатком такого решения является сложное напряженно-деформированное состояние вследствие концентрации напряжений в углах отверстий ближе к поясам.
Известно также техническое решение (патент ЕР 0324206 А1, МПК Е04С 3/08, автор Walker, Peter Allan. UK Patent Application GB 2492176 А), в котором перфорированные балки изготовлены из разрезанной вдоль стенки прокатной балки и сваренной из полученных половинок. Первый непрерывный разрез выполнен вдоль стенки балки, второй разрез - вдоль стенки балки по пути, отличающемуся от пути первого разреза. Разрезы очерчивают прямолинейные участки, лежащие на противоположных сторонах от центральной линии стенки, и криволинейные участки, соединяющие ближайшие концы смежных прямолинейных участков. Центры всех прямолинейных участков равномерно распределены по длине балки на заданное расстояние. Криволинейные участки могут быть в форме полукруга или полуэллипса. Разрезанные половинки балки приварены друг к другу в областях, образованных сопоставлением прямолинейных участков двух половин. Могут быть изготовлены перфорированные балки с криволинейными отверстиями, круглыми, эллиптическими.
Это техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкое как по сущности, так и по составу элементов.
Недостатком этого решения является сложное напряженно-деформированное состояние стенки с отверстиями в форме круга и эллипса (с вертикальной и горизонтальной главной осью), выражающееся в повышенной концентрации напряжений в стенке на границах отверстий, что может привести к текучести материала или преждевременному разрушению балки.
Технический результат заключается в снижении концентрации напряжений в стенке перфорированных балок и увеличению несущей способности строительного элемента, а также гибкости элемента под воздействием нагрузок, что приводит к повышению надежности и долговечности конструкции.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - перфорированная балка-ферма, вид спереди; фиг. 2 - схематичная 3-D модель перфорированной балки-фермы.
Перфорированная балка-ферма представляет собой прокатный двутавровый профиль с двумя горизонтальными полками и вертикальной стенкой, в которой сделаны специальные чередующиеся отверстия по ширине стенки балки с приваренными вдоль отверстий по обеим сторонам вертикальной стенки дополнительными ребрами жесткости, расположенными под углом к горизонтальным полкам примерно в 45° относительно направления балки и попарно соприкасающиеся между собой в верхней и нижней точках. Специальные чередующиеся отверстия имеют полукруглую форму и попарно симметричны друг другу в горизонтальной плоскости.
Применение.
Перфорированная балка-ферма может использоваться в строительстве многопролетных и однопролетных мостов, в теле композитных колонн для возведения высотных зданий и других инженерных конструкций, в частности для создания покрытия, крыши спортивных и производственно технических сооружений с большими и малыми пролетами, в строительстве ангаров и других инженерно-строительных сооружений разного типа.
Данную перфорированную балку-ферму можно использовать в высотном строительстве при возведении перекрытий и промежуточных секций конструкций зданий и сооружений, а также в качестве сердечника в композитных колонах, что обеспечивает гибкость конструкции такого сооружения в сейсмоопасных регионах страны и уменьшает аэродинамические воздействия ветра на данное сооружение.
Данная полезная модель подразумевает расчет элементов полукруглых отверстий в теле балки для каждого индивидуального строительного объекта. Для этого рассчитывают нагрузки на балку данного типа, а так же длину, ширину и высоту балки и, уже исходя их этих данных, рассчитывают диаметр вырезов полуокружностей в теле балки.
Например, при высоте балки в 1 м и ее длиной чуть более 10 м по верхним краям балки зазор 12.5 см снизу и сверху балки, полуокружность 75 см в теле балки со смещенным центром окружности от центра разреза балки, так как полный круг имел бы диаметр на 50% больше высоты тела балки, при таком положении и габаритов выреза в теле балки уменьшается масса данного вида балки и увеличивается ее несущая способность.
Диаметр 750 мм 6/8 для перфобалки с вертикальными стойками или без них, не имеющих раскосов в теле балки при высоте в 1000 мм.
При высоте балки в 1 м по верхним краям балки зазор 18.5 см и полукруглые отверстия формы 62.5 см со смещенным центром окружности от центра разреза балки, диаметр полуокружности 625 мм 5/8 или 10/16 для перфобалки, имеющей раскосы при высоте в 1000 мм.
Полукруглые отверстия в балке могут иметь такую форму в теле балки, что ребра жесткости проходят между полуокружностями, вырезами в балке примерно в 45° относительно направления балки. Отверстия полукруглой формы расположены симметрично друг к другу в теле балки. Так же можно добавить вертикальные стойки между вырезами для увеличения жесткости конструкции перфорированной балки-фермы.
Перфорированную балку-ферму можно использовать так же в строительстве многопролетных и однопролетных мостов, в теле композитных колонн для возведения высотных зданий.