Балочная конструкция составного двутаврового сечения с гофрированной стенкой

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве несущей конструкции покрытий и перекрытий зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения.
Известна конструкция металлической двутавровой балки с гофрированной стенкой [Патент РФ на изобретение №111172, МПК Е04С 3/07], сборное сечение которой состоит из поясов (профили таврового или швеллерного сечения) и двойной гофрированной стенки, изготовленной из двух профилированных листов, которые соединяются с поясами точечной сваркой или на электрозаклепках.
Недостатками конструкции являются потребность в специальном сварочном оборудовании, повышенные трудозатраты при сварочных работах, а также нарушение тонкого цинкового покрытия при сварке профилированного листа, приводящее к снижению коррозионной стойкости конструкции.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является конструкция из гнутых оцинкованных профилей [Патент РФ на полезную модель №40758, МПК Е04С 3/00], содержащая пояса из спаренных гнутых профилей С-образного сечения и гофрированную стенку из профилированного листа.
Недостатками данной конструкция являются
1) применение в качестве поясов профилей ЛСТК (гнутых оцинкованных профилей) ограничивает восприятие балкой больших нагрузок;
2) потребность в высококвалифицированных специалистах для сборки и монтажа конструкции с высокой точностью, из-за низкой стойкости ЛСТК к локальным деформациям;
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является мобильность балочной 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 балочная конструкция имеет профиль двутаврового сечения, образованный из отдельных элементов, состоящих из двойных профилированных листов стенки, опорных ребер, верхних и нижних поясов, расположенных с наружной стороны каждого из профилированных листов и связанных соединительными планками, при этом профилированные листы соединены между собой, а верхние и нижние пояса прикреплены к профилированным листам, соединительным планкам и опорным ребрам при помощи разъемных соединений (оцинкованные саморезы, болты, винты).
Двойная гофрированная стенка выполнена из спаренного профилированного листа. Ориентация стенки по отношению к поясам балочной конструкции может быть под углом 90°, а также под углом 45°. При втором варианте соединяемые между собой профилированные листы разнонаправлены (одна половина стенки развернута на 180° в горизонтальной плоскости), за счет чего стенка становится перекрестной.
В качестве поясов могут использоваться уголки, швеллеры, замкнутый профиль.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами:
На фиг. 1 - общий вид балочной конструкции, с гофрированной стенкой, ориентированной под углом 90° к поясам;
На фиг. 2 - общий вид балочной конструкции, с гофрированной стенкой, ориентированной под углом 45° к поясам;
На фиг. 3 - общий вид половины балочной конструкции с ориентацией стенки под углом 45° к поясам в процессе сборки;
На фиг. 4 - общий вид половины балочной конструкции с ориентацией стенки под углом 45° к поясам развернутой на 180° в процессе сборки;
На фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1, фиг. 2;
На фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5;
На фиг. 7 - поперечное сечение балочной конструкции при использовании в качестве поясов уголков;
На фиг. 8 - поперечное сечение балочной конструкции при использовании в качестве поясов швеллеров;
На фиг. 9 - поперечное сечение балочной конструкции при использовании в качестве поясов замкнутого профиля;
На фиг. 10 - схема сборки балочной конструкции при использовании уголков в качестве поясов составного сечения;
На фиг. 11 - схема сборки балочной конструкции при использовании швеллеров в качестве поясов составного сечения;
На фиг. 12 - схема сборки балочной конструкции при использовании замкнутого профиля в качестве поясов составного сечения;
Составными частями балочной конструкции являются верхний (1) и нижний (2) пояса из прокатной профильной стали, двойная гофрированная стенка (3) из спаренного профилированного листа, соединительные планки из листовой стали (4), которые на монтаже объединяются в единую конструкцию при помощи разъемных соединений (5). При этом возможно использование в качестве поясов уголков, швеллеров или коробчатого профиля, а в качестве соединительных элементов - саморезов, винтов или болтов. Также для передачи нагрузки от балочной конструкции на нижележащие конструкции предусматриваются опорные ребра (6) из листовой или профильной стали.
Балочная конструкция составного двутаврового сечения, за счет использования тонкого гофрированного листа в качестве стенки имеет оптимальное распределение материала, с концентрацией большей части металла в поясах, в соответствии с распределением нормальных напряжений при работе конструкции на изгиб.
Использование спаренного профилированного листа и разнесение элементов поясов на ширину двойной стенки приводит к увеличению устойчивости и жесткости конструкции.
Заявленная полезная модель реализуется следующим образом. После предварительного раскроя элементов балочной конструкции (поясов 1, 2 и профилированных листов двойной гофрированной стенки 3) на заводе или в условиях строительной площадки на бойке собирают две одинаковые половины. Для этого профилированный лист собираемой половины крепят к поясу (см. фиг. 1 - для балочной конструкции со стенкой, расположенной под 90° к поясам, или фиг. 2 - для балочной конструкции со стенкой, расположенной под 45° к поясам) с помощью крепежных элементов (разъемных соединений) 5. Совмещают в единой балочной конструкции две половины так, чтобы элементы поясов располагались с наружной стороны каждого из профилированного листа (см. фиг. 5). Для балочной конструкции со стенкой, расположенной под 45° к поясам, вторую половину разворачивают на 180° в горизонтальной плоскости и совмещают с первой (см. фиг. 3, фиг. 4). Профилированные листы половин скрепляют между собой крепежными элементами (разъемными соединениями) 5. Для обеспечения совместной работы прокатных элементов поясов 1, 2 и для повышения их жесткости и устойчивости из плоскости балочной конструкции к поясам с помощью крепежных элементов (разъемных соединений) 5 крепят соединительные планки 4. На заключительном этапе к основной конструкции монтируют опорные ребра 6. Таким образом, балочная конструкция, состоящая из множества отдельных элементов, может собираться при помощи разъемных соединений (оцинкованные саморезы, болты, винты) на заводе, и в виде готовой отправочной марки доставляться на стройплощадку для последующего монтажа. Либо доставляться в полностью разобранном виде для осуществления всех технологических операций непосредственно на месте строительства.
Работа балочной конструкции с гофрированной стенкой под нагрузкой характеризуется тем, что она испытывает поперечный изгиб. При этом двойная гофрированная стенка 3 практически не включается в работу, и нормальные напряжения воспринимаются поясами 1, 2. Сама же двойная гофрированная стенка 3 работает на сдвиг и воспринимает поперечные силы и крутящие моменты.
Вариация наклона гофров позволяет применять балочные конструкции под различные нагрузки. При расположении гофрированной стенки под углом 45° к поясам, балочная конструкция воспринимает знакопеременные нагрузки за счет перекрестной стенки. Таким образом, имеется нисходящий раскос, работающий на растяжение, и восходящий - на сжатие.
За счет двойного гофрирования стенки увеличивается устойчивость сжатого верхнего пояса 1 из плоскости балочной конструкции, а также ее жесткость.
Конструкция терпима к ошибкам изготовления в условиях строительной площадки, за счет перераспределения усилий, не требует высококвалифицированных кадров и дорогостоящего монтажного оборудования.
Преимущества таких стальных балочных конструкций с гофрированной стенкой
доступность материалов;
многократное использование (сборно-разборность) балочной конструкции;
возможность доставки элементов конструкции к месту сборки в пакетах, что позволит снизить расходы на транспортировку, особенно для труднодоступных и удаленных районов;
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;
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 балочной конструкции может быть изменена варьированием толщины двойной гофрированной стенки, путем добавления дополнительных профилированных 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 (профилированный лист, саморезы/болты/винты), а также возможность повторного использования без снижения несущей способности и эксплуатационных качеств.
сокращения срока строительства - быстрота соединения элементов, раскройка профилированного листа по готовым чертежам не требует сложных механизмов (используется УШМ) и больших трудозатрат;
снижения транспортных расходов - транспортировка малоразмерных элементов возможна в стандартном кузове грузового автомобиля.