РАМА КАРКАСА ЗДАНИЯ

Представленное в данном описании техническое решение относится к конструкциям сборно-разборных каркасных зданий, выполненных из профилей, образующих рамы, соединенные прогонами в пространственный каркас, при этом профили соединены между собой соединительными и крепежными элементами.
Известны сборно-разборные каркасные здания, в каждом из которых имеется рама каркаса, выполненная из отдельных профильных элементов, соединенных между собой соединительными и крепежными элементами (FR 2719616, 10.11.1995; ЕР 0864702 А1, 16.09.1998; RU 29070 U1, 2003.04.27; RU32510 U1, 2003.09.20; RU 32798 U1, 2003.09.27; RU 37119 U1, 2004.04.10; RU 53332 U1, 2006.05.10; RU 72997 U1, 2008.05.10; RU 2010092 C1, 1994.03.19; RU 2024698 C1, 1994.12.15; RU 2037015 C1, 1995.06.09).
Из известных рам близкими к представленной в данном описанию раме являются рамы каркаса здания, каждая из которых содержит колонны с опорами, соединенные с колоннами наклонные балки, смежные концы которых соединены между собой, соединительные элементы, посредством которых выполнены указанные соединения, причем каждая колонна и каждая наклонная балка выполнены из соединенных соединительными элементами профилей, а соединительные элементы расположены между профилями и связаны с ними крепежными элементами, расположенными в отверстиях профилей и каждого соединительного элемента (FR 2719616, 10.11.1995; ЕР 0864702 А1, 16.09.1998;
RU 29070 U1, 2003.04.27; RU 32510 U1, 2003.09.20; RU 32798 U1, 2003.09.27; RU 37119 U1, 2004.04.10).
Наиболее близким техническим решением к представленному в данном описании техническому решению является рама каркаса здания, содержащая колонны с опорами, соединенные с колоннами наклонные балки, смежные концы которых соединены между собой, соединительные элементы, посредством которых выполнены указанные соединения, причем каждая колонна и каждая наклонная балка выполнены из зеркально соединенных соединительными элементами пары профилей с отбортовками, направленными в противоположные стороны, соединительные элементы расположены между профилями и связаны с ними крепежными элементами, расположенными в отверстиях профилей и каждого соединительного элемента (RU 29070 U1, 2003.04.27).
В конструкции этой рамы используются соединительные плоские элементы, что существенно снижает прочность и устойчивость конструкции вследствие того, что при работе рамы она не в достаточной мере воспринимает статические и динамические нагрузки в местах соединения профилей с соединительными элементами. Это связано с тем, что при работе рамы в угловых зонах профилей, в которых средняя часть профиля переходит в отбортовку, находящияся в этой зоне соединительный элемент в виде пластины при нагрузках кручения и изгиба на профиле отбортовка профиля в сравнении с пластиной и соединенной со средней частью профиля подвержена большим силам деформации из-за неравномерности распределения нагрузок.
Кроме указанного недостатка тонкостенные профили не обеспечивают требуемую несущую способность конструкции в отношении возможности крепления к раме здания оборудования, например, батарей отопления, которые монтируется на стенах здания и, нагрузки от которого воспринимают профили рам.
Техническим результатом представленного в данном описании решения является повышение прочности конструкции рамы и ее устойчивости. Другим
полученным техническим результатом является повышение надежности и безопасности рамы и каркаса здания.
Указанный технический результат достигается рамой каркаса здания, содержащей колонны с опорами, соединенные с колоннами наклонные балки, смежные концы которых соединены между собой, соединительные элементы, посредством которых выполнены указанные соединения, причем каждая колонна и каждая наклонная балка выполнены из зеркально соединенных соединительными элементами пары профилей с отбортовками, направленными в противоположные стороны, соединительные элементы расположены между профилями и связаны с ними крепежными элементами, расположенными в отверстиях профилей и каждого соединительного элемент, причем каждый соединительный элемент содержит среднюю часть и перпендикулярно простирающиеся от нее в противоположные стороны крайние части, образующие полки, активно взаимодействующие с наружными поверхностями отбортовок профилей колонн и балок, при этом взаимодействие каждой полки с отбортовкой профиля осуществлено путем поджатия отбортовки к полке за счет упругости отбортовки или путем их соединения между собой.
Каждый соединительный элемент имеет Н-образную форму, выполнен сварным и его крайние части приварены к его средней части.
Каждый соединительный элемент имеет ][-образную форму и выполнен из двух частей, каждая из которых имеет в поперечном сечении [-образную форму и ее каждый конец имеет отогнутую наружу полку.
Ширина полки соединительного элемента меньше или равна ширине отбортовки профиля.
На каждой стороне средней части соединительного элемента выполнен выступ, предназначенный для взаимодействия с выемкой профиля.
Такое выполнение рамы существенно уменьшает концентрацию напряжений в местах соединения ее элементов.
На фиг.1 показана рама каркаса здания; на фиг.2 - пример исполнения профилей, из которых выполнены колонны и наклонные балки рамы каркаса; на
фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.1; на фиг.8 - вариант исполнения средней части соединительного элемента с выступами, входящими в выемки профилей; на фиг.9 показан верхний угловой соединительный элемент рамы; на фиг.10 - вид сверху на соединительный элемент по стрелке на фиг.9; на фиг.11 - сечение Е-Е на фиг.9; на фиг.12 показан нижний угловой соединительный элемент рамы; на фиг.13 - сечение Ж-Ж на фиг.12; на фиг.14 - сечение К-К на фиг.12; на фиг.15 показан в поперечном сечении выполненный из двух соединенных частей соединительный элемент, соединенный с профилями, в выемках которых расположены выступы, закрепленные на частях соединительного элемента; на фиг.16 показан выполненный из двух соединенных частей соединительный элемент с отштампованными выступами на каждой его части, расположенными в выемках профилей, которые соединены между собой соединительным элементом.
Рама каркаса здания содержит колонны 1 (фиг.1) с опорами 2 и соединенные с колоннами наклонные балки 3, смежные концы которых соединены между собой верхним соединительным элементом 4, а другие концы наклонных балок соединены с колоннами 1 нижними соединительными элементами 5. Элементы 4 и 5 являются угловыми и они имеют изогнутую форму во фронтальной проекции рамы.
Каждая колонна и каждая наклонная балка выполнены из зеркально скрепленных пар профилей 6 (фиг.2, 3) с отбортовками 7, направленными в противоположные стороны по отношению друг к другу. Профили 6 скреплены верхним и нижним соединительными элементами 4 и 5 (фиг.1), а также расположенными по длине профилей промежуточными соединительными элементами 8 (фиг.1, 7), которых имеется множество и их число выбрано в зависимости от размеров здания. Высота нижнего соединительного элемента 8 (фиг.1) больше высоты каждого промежуточного элемента 8, который расположен по длине колонны или по длине каждой наклонной балки 3.
Нижний промежуточный соединительный элемент 8 расположен между плитой опоры 2 и профилями колонны. Опора жестко скреплена анкерами с фундаментом здания.
В данном примере исполнения рамы каждая ее опора 2 соединена с колонной 1 непосредственно промежуточным соединительным элементом 8. Все промежуточные соединительные элементы (включая нижние промежуточные соединительные элементы) имеют прямолинейную форму во фронтальной проекции рамы здания.
В профилях 6 и соединительных элементах 4, 5 и 8 выполнены отверстия, в которых расположены условно крепежные элементы 9, например, болты, винты, заклепки или другие известные крепежные элементы.
Каждый соединительный элемент 4, 5 и 8 содержит среднюю часть 10 (фиг.4) и перпендикулярно расположенные по отношению к ней и простирающиеся от нее в противоположные стороны крайние части 11, образующие полки 12. Полки 12 активно взаимодействуют с наружными поверхностями 13 отбортовок 7 профилей 6, из которых выполнены колонны 1 и балки 3. Указанное взаимодействие каждой полки 12 с отбортовкой 7 профиля 6 осуществлено поджатием отбортовки 7 к полке 12 за счет упругости отбортовки. В другом случае указанное активное взаимодействие осуществлено соединением полки 12 с отбортовкой 7 условно показанными короткой линией дополнительными крепежными элементами 9, расположенными в отверстиях полки 12 соединительного элемента и отверстиях отбортовки 7 профиля 6. Дополнительные крепежные элементы 9 установлены в отверстиях полок соединительных элементов и отверстиях отбортовок профилей для повышения требуемой прочности конструкции рамы. В иных случаях дополнительные крепежные элементы 9 в отверстиях полок и отбортовок профилей не устанавливают.
Угловые соединительные элементы 4 и 5 (фиг.9 и 12) имеют изогнутую во фронтальной проекции форму в том смысле, что одна, например левая часть углового элемента расположена под углом μ к другой правой части углового
соединительного элемента. Каждый угловой соединительный элемент включает цельную или сварную среднюю часть 10, которая имеет Г-образную форму в указанной проекции преимущественно с тупым углом между указанными левой и правой частями и две приваренные к торцам средней части 10 цельные или сварные крайние части 11, образующие полки 12. Каждая крайняя часть 11 каждого углового соединительного элемента также имеет Г-образную форму с преимущественно тупым углом μ между ее элементами (левой и правой частями) в указанной проекции. Угол μ (фиг.1) между расположенными под углом частями каждого углового соединительного элемента находится в пределах 90÷170°.
Средняя часть 10 каждого углового соединительного элемента 4 и 5 и каждого промежуточного соединительного элемента 8 представляет собой прямолинейную пластину, что не исключает другие, сложные формы такой пластины, например, с выполненными на ее противоположных сторонах выступами 14 (фиг.8) в наружную сторону, входящими в выемки фигурных ∑-образных профилей 6. Каждый соединительный элемент 4, 5 и 8 имеет в любом его поперечном сечении Н-образную форму и он выполнен сварным, в частности, к торцам его средней части 10 симметрично приварены плоские прямолинейные пластины, являющиеся крайними частями 11 соединительных элементов.
В другом варианте исполнения рамы (фиг.15) каждый угловой соединительный элемент 4, 5 и каждый промежуточный соединительный элемент 8 имеют ][-образную форму и каждый из них выполнен из двух отдельных [-образных частей 13, образующих после их стыковки указанную ][-образную форму соединительного элемента в любой плоскости его поперечного сечении. Каждая отдельная часть 13 на ее концах имеет отогнутые наружу полки 12. Части 13 зеркально соединены между собой и с профилями 6 рамы в процессе монтажа рамы или во время ее изготовления крепежными элементами 9. Следует отметить, что середина части 13 имеет преимущественно плоскую поверхность, однако она может быть выполнена с выступом 14, как это
схематично показано на фиг.16. Выступ 14 входит в выемку профиля, центрирует его в расчетном монтажном положении, воспринимает нагрузки.
Ширина σ полки 12 (фиг.5) любого соединительного элемента меньше ширины η отбортовки 7 профиля 6 или равна ей. Угловые соединительные элементы 4 и 5 (фиг.9, 12) имеют ребра жесткости 15 треугольной формы, каждое из которых выполнено из пластины, которая торцами приварена к пластине одной нижней крайней части 11 соединительного элемента по оси ее симметрии. Каждое ребро 15 имеет отверстия для присоединения к угловой части рамы регулируемой по длине стяжки 16 (фиг.1), которая болтами 17 жестко соединена с ребрами жесткости 15 соединительных угловых элементов 5. Регулировка длины стяжки осуществляется талрепом 18, который может быть установлен в средней части стяжки или вблизи углового соединительного элемента 5, при этом в случае необходимости стяжка может быть оснащена двумя талрепами, установленными вблизи угловых соединительных элементов 5. Стяжку 16 устанавливают в случае необходимости повышения устойчивости и прочности рамы и каркаса здания в целом. Если прочность и устойчивость каркаса здания достаточны, стяжку на раму не устанавливают. Каркас здания имеет множество вышеописанных рам, которые установлены параллельно друг к другу по оси здания и соединены между собой прогонами (не показаны).
Работает рама каркаса следующим образом. Рама, собранная в том виде, как она представлена на фиг.1, испытывает совместно с другими параллельно расположенными и соединенными между собой рамами статические и динамические нагрузки. В частности, профили 6 каждой колонны 1 и каждой балки 3 испытывают изгибающие и крутящие нагрузки, а также нагрузки смятия от действия крепежных элементов 9 в местах их соединения с профилями. При этом рабочие поверхности каждого соединительного элемента 4, 5 и 8, взаимодействуя с рабочими поверхностями профилей 6 в зоне их контакта, воспринимают указанные нагрузки совместно с профилями 6. Поскольку полки 12 охватывают отбортовки 7 профилей и активно с ними взаимодействуют (отбортовки поджаты к полкам за счет упругости отбортовок или за счет их
сжатия дополнительными крепежными элементами 9), то полки 12 каждого соединительного элемента также активно участвуют в восприятии указанных нагрузок. В результате в зонах соединения профилей с соединительными элементами сопротивление изгибу, кручению и смятию возрастает, а прочность, устойчивость и несущая способность рамы и каркаса в целом повышаются. Следует отметить, что в случае применения соединительного элемента выполненного из двух частей 13 (фиг.15, 16) исключается необходимость применения сварных Н-образных соединительных элементов, что существенно повышает надежность и безопасность рамы и каркаса здания в целом путем замены сварных соединительных элементов на штампованные соединительные элементы.