КОНЬКОВЫЙ УЗЕЛ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАМНОГО КАРКАСА БЫСТРОВОЗВОДИМОГО ЗДАНИЯ
RIDGE UNIT OF METAL FRAME CARCASS OF PRE-ENGINEERED BUILDING

Изобретение относится к области строительства, в частности к коньковому узлу металлического рамного каркаса быстровозводимого здания различного назначения.
Известен коньковый узел рамного каркаса здания, включающий расположенные под углом друг к другу ригели рамы, снабженные упорами, каждый из которых выполнен в виде двух листовых накладок, жестко прикрепленных на сварке к стенкам ригеля и выходящих за пределы их торцов, соединенных друг с другом фланцами на болтах (SU 1506970 A1, кл. E04B 1/24, 1987).
Недостатком известного узла является трудоемкость монтажа, связанная с большим объемом сварочных работ.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является коньковый узел соединения элементов рамного каркаса здания, включающий расположенные под заданным углом друг к другу ригели двутаврового поперечного сечения, жестко соединенные между собой посредством приваренных к торцам ригелей фланцев на высокопрочных болтах (Металлические конструкции. Конструкции зданий. Под ред. В.В.Горева, Москва: Высшая школа, 2002, том 2, с.215, рис.3.17).
Устойчивость ригелей рам в известном узле обеспечивается за счет прогонов, установленных на верхние полки ригелей, которые должны быть раскреплены от закручивания профилированным настилом или дополнительными связями в виде гибких стержней, что увеличивает трудозатраты при монтаже узла и повышает металлоемкость.
Задачей изобретения является исключение трудоемких процессов при монтаже узла и снижение материалоемкости.
Данная задача решается за счет того, что:
- коньковый узел металлического рамного каркаса здания, включающий расположенные под заданным углом друг к другу ригели двутаврового поперечного сечения, жестко соединенные между собой посредством приваренных к торцам ригелей фланцев на высокопрочных болтах, узел по меньшей мере с одной стороны стенок ригелей снабжен имеющих замкнутое поперечное сечение парой распорок, расположенных выше нейтральной оси сечения ригеля и симметрично относительно фланцев, при этом каждая распорка снабжена фланцем таврового поперечного сечения, полка которого жестко соединена с торцом распорки, а стенка расположена в плоскости вертикальной или горизонтальной оси сечения распорки и соединена на болтах с прикрепленной перпендикулярно к стенке ригеля пластиной, расположенной параллельно или перпендикулярно полке ригеля, при этом расстояние от плоскости, разделяющей фланцы до центра тяжести сечения распорки, не должно превышать 1,5d, где d - поперечный размер распорки вдоль ее центральной оси, параллельной полке ригеля;
- распорка может быть выполнена преимущественно квадратного или круглого сечения;
- к стенке каждого из ригелей под его верхней полкой в плоскости параллельной стенки может быть приварена пластина для крепления к ней гибкой горизонтальной связи, при этом пластины смежных ригелей расположены симметрично относительно фланцев;
- количество горизонтальных рядов болтов ниже нейтральной оси сечения ригелей превышает количество рядов болтов выше упомянутой оси сечения, при этом расстояние между осями болтов в упомянутой зоне не должно превышать 2-3d, где d - наибольший диаметр болтов в данной зоне;
- верхняя поверхность распорок расположена либо в плоскости верхних полок ригелей, либо не выступает за верхнюю полку ригеля;
- в зоне ниже нейтральной оси ригелей фланцы выполнены с разным диаметром отверстий под высокопрочные болты, уменьшающимся от нижнего торца фланцев до нейтральной оси ригелей;
- шайбы, установленные ниже нейтральной оси ригелей и с дополнительным ребром жесткости, выполнены из материала, имеющего разный модуль упругости, величина которого уменьшается от нижнего торца фланцев до нейтральной оси ригелей.
- по меньшей мере один из фланцев выполнен с толщиной, уменьшающейся к его нижнему торцу.
- по меньшей мере один из фланцев прикреплен к ригелю с образованием клиновидного зазора между смежным с ним фланцем, причем вершина зазора расположена в зоне от нейтральной оси ригелей до верхнего торца фланцев, а максимальное значение зазора - у нижнего торца фланцев, при этом затягивание высокопрочных болтов обеспечивает выборку зазора до соприкосновения контактных поверхностей фланцев;
- по меньшей мере один из фланцев до сварки его с ригелем имеет на части своей длины криволинейный участок изгиба, плавно нарастающий от прямолинейного участка в верхней зоне до его нижнего торца с образованием заданного зазора между смежным с ним фланцем, причем затягивание высокопрочных болтов обеспечивает выборку зазора до соприкосновение контактных поверхностей фланцев.
- линия перехода от прямолинейного участка фланца до участка криволинейного изгиба расположена в зоне между нейтральной осью ригеля до верхнего торца фланцев.
Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости ригеля из плоскости рамы и снижении металлоемкости узла.
Изобретение поясняется чертежами, где изображены:
На фиг.1 - аксонометрическое изображение конькового узла с распорками квадратного сечения;
На фиг.2 - аксонометрическое изображение конькового узла с распоркам круглого сечения и гибкими связями;
На фиг.3 - поперечный разрез узла с клиновидным зазором.
Коньковый узел соединения рамного каркаса здания включает не опирающиеся на центральную колонну расположенные под заданным углом друг к другу ригели 1, имеющие двутавровое поперечное сечение.
Наклон ригелей соответствует уклону кровли.
К торцу каждого из ригелей приварен фланец 2. Фланцы соединяются между собой на высокопрочных болтах 3. Болты 3 неравномерно расположены вдоль стенки ригеля. Максимальное количество болтов, не менее 3-х рядов по высоте, расположены ниже нейтральной оси сечения ригеля, при этом расстояние между осями болтов не должно превышать 2-3d, где d - наибольший диаметр болтов, что обеспечивает равномерность распределения нагрузок между болтами.
Узел по меньшей мере с одной стороны стенок 4 ригелей снабжен имеющих замкнутое поперечное сечение парой распорок 5, расположенных выше нейтральной оси сечения ригеля и симметрично относительно фланцев.
Расположение распорок относительно стенок 4 ригелей определяется местоположением рамы в каркасе здания. Для торцевых рам распорки расположены с одной стороны стенок 4 ригелей, обращенных внутрь здания. Для рядовых рам узел снабжен двумя парами распорок 5, симметрично расположенных относительно стенки 4 ригелей и имеющих идентичное поперечное сечение и крепление к стенке ригеля.
Распорки выполнены замкнутого поперечного сечения в виде труб прямоугольного (фиг.1) или круглого (фиг.2) сечения.
На торце каждой распорки имеется фланец 6 таврового поперечного сечения, полка 7 которого приварена к торцу распорки 5, а стенка 8 расположена в плоскости вертикальной (фиг.1) или горизонтальной (фиг.2) оси сечения распорки. Стенка 8 соединена внахлест на болтах с прикрепленной перпендикулярно к стенке ригеля пластиной 9.
В зависимости от расположения стенки 8 фланца 6 распорки в вертикальной или горизонтальной плоскости ее сечения пластина 9 стенки ригеля расположена соответственно перпендикулярно (фиг.1) или параллельно (фиг.2) полке ригеля.
Расстояние между плоскостью, разделяющей фланцы до центра тяжести сечения распорки не должно превышать 1,5d, где d - поперечный размер распорки вдоль ее центральной оси, параллельной полке ригеля. Указанное расстояние позволяет избежать дополнительных напряжений в узле, а следовательно, снизить металлоемкость его элементов.
В рамах связевого блока коньковый узел может быть дополнительно снабжен гибким связями 10. Для крепления гибких связей 10 к стенке 4 каждого ригеля 5 параллельно ее плоскости приварена прямоугольная пластина 11. Пластины 11 смежных ригелей расположены симметрично относительно фланцев под верхней полкой 12 ригеля.
Верхняя поверхность распорок 5 может быть расположена в плоскости верхних полок ригелей. В этом случае распорки совмещают функцию прогонов, что обеспечивает снижение металлоемкости узла.
При расположении распорок 5 ниже плоскости верхних полок ригеля в качестве покрытия здания могут быть использованы сэндвич-панели, устанавливаемые непосредственно на ригели 1 рам.
Учитывая неравномерное усилие в болтах по высоте сечения ригелей, целесообразно во фланцах в зоне ниже нейтральной оси ригелей изготовить фланцы с разным диаметром отверстий под высокопрочные болты, уменьшающимся от нижнего торца фланцев до нейтральной оси ригелей. В соответствии с выполненными отверстиями также уменьшаются и диаметры болтов, что снижает материалоемкость узла.
Для выравнивания усилий в болтах при действии изгибающих моментов шайбы установленные ниже нейтральной оси ригелей выполнены из материала, имеющего разный модуль упругости, величина которого уменьшается от нижнего торца фланцев до нейтральной оси ригелей. Для достижения этого же результата, по меньшей мере, один из фланцев может быть выполнен с толщиной, уменьшающейся к его нижнему торцу.
Снижение металлоемкости узла может быть обеспечено также за счет создания предварительного напряжения во фланцах, обеспечивающее оптимальное напряженное состояние конструкции.
Для создания предварительного напряжения по меньшей мере один из фланцев прикреплен к ригелю с образованием клиновидного зазора α между смежным с ним фланцем, причем вершина зазора расположена в зоне от нейтральной оси ригелей до верхнего торца фланцев, а максимальное значение зазора - у нижнего торца фланцев. Максимальное значения зазора составляет не более 0,6 мм, предпочтительно 0,2-0,3 мм. При затягивании высокопрочных болтов 3 производится выборка зазора до соприкосновения контактных поверхностей фланцев 2.
Клиновидный зазор может быть создан за счет приварки фланца 2 к ригелю 1 до их монтажа под углом, отличным от его вертикального положения, при соединении двух ригелей. При этом вершина клиновидного зазора может не доходить до верхнего торца фланцев. Достаточно расположение этой вершины за ближайшим болтом, расположенным в растянутой зоне ближе к нейтральной оси ригеля. Таким образом, клиновидное пространство между фланцами может быть образовано как прямолинейными участками фланца, приваренного к ригелю под определенных углом, отличным от его вертикального положения в стыке, так за счет изготовления фланцев до приварки их к ригелю изогнутыми под углом в сторону их нижних торцов.
Возможны и другие формы образования клиновидного пространства. Например, за счет того, что по меньшей мере один из фланцев до сварки его с ригелем имеет на части своей длины криволинейный участок изгиба, плавно нарастающий от прямолинейного участка в верхней зоне до его нижнего торца с образованием заданного зазора между смежным с ним фланцем, причем затягивание высокопрочных болтов обеспечивает выборку зазора до соприкосновение контактных поверхностей фланцев. При этом линия перехода от прямолинейного участка фланца до участка криволинейного изгиба может быть расположена в любом месте в зоне, ограниченной нейтральной осью ригеля и его верхним торцом. Данная форма фланца позволяет снизить концентрацию напряжений за счет плавного без резких перегибов перемещения фланцев до соприкосновения их контактных поверхностей.