МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС СЕЙСМОСТОЙКОГО МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к металлическим каркасам сейсмостойких многоэтажных зданий, и может быть использована для возведения многоэтажных зданий с металлическим каркасом воспринимающих горизонтальные сейсмические и ветровые нагрузки.
Из уровня техники известны различные варианты металлических каркасов зданий.
Из документа CN 102979179 A известен металлический каркас здания, который выполнен из металлических колонн и металлических балок перекрытий, причем на балках перекрытий установлены косые элементы жесткости.
Недостатком данного каркаса при воздействии горизонтальных нагрузок является преобладающее влияние изгибающих моментов, определяющих прочность и жесткость каркаса.
Из документа CN 1851188 A известен стальной каркас, состоящий из колонн и балок перекрытия, причем между углами соединения колонн и балок одного пролета диагонально установлены регулируемые связи жесткости.
Недостатком данного каркаса также является низкая жесткость и прочность.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является документ CA 2458706 A1, из которого известен металлический каркас многоэтажных зданий, который имеет колонны и балки перекрытия, колонны выполнены в виде коробчатых, квадратных в поперечном сечении элементов, а балки - в виде двутаврового элемента. Балки перекрытий крепятся к колоннам при помощи соединительных элементов.
Недостатком наиболее близкого аналога является низкая жесткость и прочность конструкции.
Таким образом, техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель является повышение жесткости и прочности каркаса, а соответственно и увеличение сейсмостойкости самого здания в целом.
Заявленный технический результат полностью достигается совокупностью признаков независимого пункта заявленной формулы полезной модели.
Предлагаемая конструкция каркаса изменяет ее режим работы: изгибающие моменты практически исключаются из силовых факторов определяющих прочность и жесткость каркаса. Элементы каркаса - ригели и колонны работают в основном на поперечные, продольные и сдвигающие усилия, то есть, преимущественно на сжатие-растяжение.
Металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания представляет собой конструкцию, состоящую из соединенных под прямым углом друг к другу колонн и ригелей. Каждая колонна состоит из стальных внутренней и внешней коробчатых оболочек, вставленных параллельно одна в другую с зазорами по всем сторонам. В указанных зазорах установлены стальные связи сдвига, имеющие поперечное уголковое равнополочное сечение. Стальные связи сдвига колонны установлены перпендикулярно оси колонны. Каждый ригель состоит из среднего несущего элемента, верхнего и нижнего стальных поясных элементов и из стальных связей сдвига. Средний несущей элемент представляет собой стальной сварной двутавр. Верхний и нижний стальные поясные элементы выполнены из листового проката. Стальные связи сдвига имеют уголковое равнополочное сечение. Верхний и нижний стальные поясные элементы установлены параллельно и с зазором к верхнему и нижнему поясам среднего несущего элемента. В указанном зазоре установлены стальные связи сдвига.
Стальные связи сдвига каждого ригеля установлены параллельно друг другу.
Стальные связи сдвига каждой колонны установлены перпендикулярно оси колонны.
Стальные связи сдвига колонны установлены горизонтально.
Нижний и верхний пояса среднего несущего элемента и верхний и нижний стальные поясные элементы каждого ригеля и внутренняя и внешняя стальные коробчатые оболочки каждой колонны оснащены системой отверстий, имеющие постоянный шаг, для установки стальных связей сдвига.
Каждая колонна имеет в поперечном сечении прямоугольник, в частности квадрат.
Далее более подробно заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых:
На фиг. 1 изображен схематичный план каркаса (вид сверху);
На фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1;
На фиг. 3 - фрагмент «Г» на фиг. 2;
На фиг. 4 - фрагмент «Д» на фиг. 2;
На фиг. 5 - узел «А» на фиг. 2;
На фиг. 6 - узел «Б» на фиг. 2;
На фиг. 7 - узел «В» на фиг. 2;
На фиг. 8 - сечение 1-1 по ригелю на фиг. 2;
На фиг. 9 - сечение 2-2 по колонне на фиг. 2; 4.
На фиг. 10 - Узел «Е» (ригель) на фиг. 3-7;
На фиг. 11 - Узел «Ж» (колонна) на фиг. 3-7;
На фиг. 12 - стальная связь сдвига отдельно;
На фиг. 13 - элементы конструкции из листового проката с отверстиями.
Заявленный металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания включает в себя соединенные между собой трехэлементные несущие конструкции: колонны и ригели.
Каждая металлическая колонна состоит из внутренней (1) и внешней (2) коробчатых оболочек, вставленных параллельно одна в другую с зазорами по всем сторонам. В указанных зазорах установлены стальные связи (3) сдвига, имеющие поперечное уголковое равнополочное сечение. Причем, стальные связи (3) сдвига колонны установлены перпендикулярно оси колонны.
Каждый металлический ригель состоит из среднего несущего элемента (4), верхнего (5) и нижнего (6) стальных поясных элементов и из стальных связей (7) сдвига. Средний несущей элемент (4) представляет собой стальной сварной двутавр с верхним и нижним поясами, соединенными соединительным элементом. Верхний (5) и нижний (6) стальные поясные элементы выполнены из листового проката. Стальные связи (7) сдвига имеют уголковое равнополочное сечение. Верхний (5) и нижний (6) стальные поясные элементы установлены параллельно и с зазором к верхнему и нижнему поясам среднего несущего элемента (4). В данном зазоре установлены стальные связи (7) сдвига.
Нижний и верхний пояса среднего несущего элемента (4) и верхний (5) и нижний (6) стальные поясные элементы каждого ригеля и внутренняя (1) и внешняя (2) стальные коробчатые оболочки каждой колонны оснащены системой отверстий (8), имеющие постоянный шаг, для установки стальных связей сдвига (7).
Соединение элементов колонны и ригеля выполнено при помощи сварки с проплавлением металла.
Стальные связи (7) сдвига установлены параллельно друг другу.
Сплачивание элементов колонны в единую конструкцию выполняется посредством сварки стальных связей (3) сдвига с внутренней (1) и внешней (2) стальными коробчатыми оболочками.
Сплачивание элементов ригеля в единую конструкцию выполняется посредством сварки стальных связей (7) сдвига со стальными поясными элементами (5 и 6) и средним несущим элементом (4).
Соединение металлических колонн и металлических ригелей осуществляется любыми известными способами: сварка, соединение винт-гайка, заклепыванием и др.
Вся конструкция каркаса устанавливается на фундамент любым известным образом и в любой последовательности.
Такое выполнение обеспечивает большую жесткость, позволяя конструкции выдержать большие нагрузки.
Такое конструктивное решение элементов металлического каркаса (колонны и ригели) многоэтажного здания основано на эффекте замены изгибающего момента на поперечные и сдвигающие усилия. Изгибающие моменты, незначительные по величине, локализуются в основном в пределах шага стальных связей сдвига, а не накапливаются по длине конструктивных элементов каркаса.
Регулирование параметров предельных состояний металлического каркасов зданий выполняется оптимизацией величины зазора между коробчатыми оболочками каждой колонны, и оптимизацией величины зазора между верхним и нижним поясами среднего несущего элемента и верхним и нижним стальными поясными элементами каждого ригеля, а также шагом стальных связей сдвига в колоннах и ригелях.
Несущая способность колонн и ригелей металлического каркаса определяется максимальными краевыми напряжениями и максимальными касательными напряжениями в стальных связях сдвига.
Оптимальная жесткость стальных связей сдвига будет такой, при которой несущая способность колонн и ригелей окажется одинаковой по этим двум критериям.
Таким образом, выполнение стального каркаса приведенной выше конструкции обеспечивает увеличение жесткости здания.