Комбинированная двухпоясная система с жёсткой нитью из прокатных профилей
COMBINED TWO-PIVOT SYSTEM WITH RIGID THREAD FROM ROLLING PROFILES

Изобретение относится к области строительства, а именно к комбинированной двухпоясной системе с жесткой нитью из прокатных профилей, и может быть использовано при строительстве зданий различного назначения: торгово-складских зданий, наземных автостоянок, производственных зданий.
Известна балочно-шпренгельная система, включающая верхний пояс в виде жесткой балки постоянного сечения, нижнего пояса шпренгеля ломаного очертания и решетки, состоящей из стоек и V-образных раскосов в двух средних панелях (Брудка Я., Лубиньски М. /Легкие стальные конструкции/ Изд. 2-е, доп. Пер. с польск. Под ред. С.С. Кармилова. - М.: Стройиздат, 1974, стр. 342, рис. 9-40, б).
Недостатками этого технического решения является большая материалоемкость, ограниченная несущая способность и пролет конструкций при использовании прокатных профилей. Усилия между поясами распределены неравномерно - основная часть нагрузки воспринимается верхним поясом, преобладающее усилие в поясе - изгиб, с незначительным сжатием в нижнем поясе возникают незначительные растягивающие усилия. Кроме того, прямолинейный верхний пояс не позволяет обеспечить требуемый уклон кровли.
Также известна комбинированная двухпоясная система, включающая два искривленных навстречу друг другу пояса, взаимосвязанных вертикальными связями-распорками. Пояса выполнены из тросов, распорки - из труб. Верхний пояс - стабилизирующий, нижний - несущий (Москалев Н.С. / Конструкции висячих покрытий. – М.: Стройиздат, 1980, стр. 231, рис. 94).
Недостатками этого технического решения является необходимость устройства опорного контура для восприятия усилия распора; большая деформативность (особенно при односторонней нагрузке); криволинейный верхний пояс неудобен для устройства кровли.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является прутково-шпренгельный прогон, включающий верхний пояс из двух расставленных уголков, нижний пояс параболического очертания из круглого стального стержня, решетки из прутьев круглой стали и V-образных раскосов, расположенных в двух средних панелях (Подлипский А.А. / Стальные прутковые конструкции покрытий. - М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1954, стр. 146, рис. 6).
Недостатками этого технического решения являются малый перекрываемый пролет, большая деформативность, малая боковая жесткость, малая несущая способность.
Новое техническое решение направлено на создание безраспорной комбинированной двухпоясной системы с жесткой нитью из прокатных профилей с пониженной материалоемкостью при повышении несущей способности и пролета конструкции, с двускатным верхним поясом.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что комбинированная двухпоясная система с жесткой нитью из прокатных профилей, включающая верхний пояс в виде треугольной арки; нижний пояс в виде жесткой нити (обратной арки) ломаного очертания и решетки, состоящей из стоек и V-образных раскосов в средних пролетах, отличается тем, что верхний пояс выполнен двускатным с уклоном, обеспечивающим требуемый уклон кровли; стрелка провеса нижнего пояса принята равной 1/10…1/12 пролета, узлы нижнего пояса расположены по параболической кривой. Шаг стоек назначается равным шагу прогонов. Соединения решетки и поясов шарнирные.
Изобретение пояснено чертежами, где изображено: фиг. 1 - конструктивная схема комбинированной двухпоясной системы с жесткой нитью из прокатных профилей.
Комбинированная двухпоясная система с жесткой нитью из прокатных профилей состоит из верхнего пояса 1, нижнего пояса 2, стоек 3, раскосов 4.
Конструктивное решение конструкции основывалось на следующих предпосылках о статической работе от нагрузки по верхнему поясу.
Верхний пояс в виде пологой арки треугольного очертания на упругоподатливых стойках преобразует часть нагрузки в осевое сжимающие усилие, которое передает на опоры.
Другая часть нагрузки через стойки, связывающие пояса, передается на нижний пояс, где преобразуется в осевое растягивающее усилие.
На опорах пояса объединены в общие узлы. Эти узлы будут в равновесии, так как проекции усилий в поясах на горизонтальную ось «X» буду равны нулю:
,
в
где Н - распор в верхнем поясе;
н
Н - распор в нижнем поясе.
в
н
Под действием осевых сил пояса будут деформироваться - верхний пояс укорачиваться на величину ΔS, а нижний пояс удлиняться на величину ΔS. Величина укорочения верхнего пояса равна:
в
где N - осевое усилие в верхнем поясе;
в
S - длина верхнего пояса;
в
А - площадь поперечного сечения верхнего пояса;
в
Е - коэффициент пропорциональности материала верхнего пояса.
Величина удлинения нижнего пояса равна:
н
где N - осевое усилие в нижнем поясе;
н
S - длина нижнего пояса;
н
А - площадь поперечного сечения нижнего пояса;
н
Е - коэффициент пропорциональности материала нижнего пояса.
Так как верхний пояс служит распоркой для нижнего пояса, а нижний пояс -затяжкой для верхнего, опорные узлы будут перемещаться по горизонтальной оси «X» до тех пор, пока не будет удовлетворять условие (*).
Для безизгибного состояния комбинированной двухпоясной системы с жесткой нитью из прокатных профилей должны соблюдаться два условия:
1. Оба пояса должны быть параболами;
в
н
в
н
2. Соотношения между стрелками поясов (f, f) и приходящимися на них нагрузками (q, q) должно удовлетворять формуле:
Поскольку первое условие не соблюдено, то в поясах возникнут моменты, соответствующие их изгибным жесткостям. Так как размеры поясов малы по сравнению со стрелками провеса, изгибающие моменты в них будут незначительными.
Таким образом, в поясах комбинированной двухпоясной системы с жесткой нитью из прокатных профилей преобладают осевые усилия, следовательно, напряженно-деформированное состояние конструкции более выгодно, чем напряженно деформированное состояние балочно-шпренгельной системы с изгибаемым верхним поясом. Пролет конструкции может быть увеличен до 36 м при снижении расхода материала на 20-30%. Двускатный верхний пояс обеспечивает требуемый уклон кровли.