БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н.П. Российский патент 1995 года по МПК E04C3/18 E04C3/292 

Изобретение относится к строительству, а именно к несущим конструкциям балочного типа, предназначенным для восприятия пролетных нагрузок.

Наиболее близким техническим решением является балка, включающая гофрированную стенку, соединяющую верхний и нижний деревянные несущие пояса.

Недостатком известной конструкции является обусловленная ее техническим решением повышенная материалоемкость и недоиспользование прочностных возможностей материала стенки при восприятии эксплуатационных нагрузок. Так, примененный в известном решении тип гофрирования стенки не разгружает растянутый пояс балки, так как не воспринимает в должной мере растягивающие усилия от изгибающего момента. И в то же время при заданном расходе материала имеет относительно ограниченный диапазон ширины опирания на пояса, а последние, в том числе растянутый, выполняются сопоставимыми или одинаково развитыми, что приводит к общему утяжелению конструкции и перерасходу материалов.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств балки при снижении материалоемкости.

На фиг. 1 дана балка в ортогональной проекции, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид с торца; на фиг. 3-5 - сечение А-А на фиг. 1, варианты решения различного гофрирования стенки; на фиг. 6 и 7 - вид сбоку и аксонометрия (варианты решений стенки балки с трехгранным клиновидным гофрированием и плоскими участками между клиновидными гофрами); на фиг. 8 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 8; на фиг. 10 - сечение Г-Г на фиг. 8; на фиг. 11 - вариант клиновидного гофрирования стенки балки с чередующимися выступами и выемками в виде призматических клиньев, аксонометрия; на фиг. 12 - гофрирование стенки в виде гипара с переменным по высоте, треугольным в плане сечения гофров, аксонометрия; на фиг. 13 - вариант с трапециевидной в сечении конфигурацией гофров, включающей чередование плоских и гипаровидных элементов, аксонометрия; на фиг. 14 - вариант с волнистым переменным по высоте гофрированием стенки, аксонометрия; на фиг. 15 - фрагментарно поперечное сечение варианта растянутого пояса балки с примыкающим к нему участком стенки; на фиг. 16 - фрагмент продольной части стенки в зоне стыковки сжатым поясом с зубьями; на фиг. 17 - поперечное сечение фрагмента стенки балки с разведенными зубьями; на фиг. 18 - углы наклона отогнутых зубьев стенки балки; на фиг. 19 - фрагмент стенки балки с различно отогнутыми зубьями, аксонометрия; на фиг. 20 - вариант опорного узла балки, вид сбоку; на фиг. 21 - вариант балки с переменным шагом и амплитудой гофров.

Балка включает гофрированную стенку 1, соединенную по верхней 2 и нижней 3 кромкам с поясами 4 и 5. В однопролетном варианте балки пояс 4 сжат и выполнен деревянным, пояс 5 растянут и имеет менее развитое сечение. В консольных балках и в балках с промежуточными опорами расположение поясов или их участков может быть иным в соответствии с эпюрами изгибающих моментов.

Гофры стенки 1 выполнены с переменной амплитудой. Конструктивные решения гофров в соответствии с изобретением могут быть различным по конфигурации, но общим для них является изменение величины амплитуды по высоте стенки. Это изменение характеризуется градиентом амплитуды - положительным в сторону ее нарастания и отрицательным - в сторону убывания.

Положительный градиент и соответственно увеличение амплитуды направлены к сжатому поясу 4.

Этим обеспечивается более широкая зона опирания сжатого пояса 4 на стенку 1, улучшение работы материала поясов, повышение устойчивости балки в условиях эксплуатации при взаимном снижении материалоемкости поясов 4, 5 и стенки 1. Максимум амплитуды гофров стенки обеспечивается в зоне кромки 2, т. е. контакта со сжатым поясом или участком пояса, а минимум, в том числе сведение амплитуды на ноль, - в зоне кромки 3, т.е. контакта стенки с растянутым поясом 5.

Конструктивно сжатый пояс 4 или по крайней мере сжатый участок пояса при многопролетной схеме опирания балки, кроме цельнодеревянного, может быть клеенодеревянным или комбинированным с включением деревянных элементов. Растянутый пояс 5 выполняют прямоугольным или профилированным под различные варианты опирания на него стенки 1 и других конструкций. Возможно решение пояса 5 в виде прутка сплошного стержня 6 или полой трубы 7 либо более сложного профиля 8, снабженного отбортованными полками 9.

Таким образом, пояса 4 и 5 в общем случае выполнены асимметричными один относительно другого.

В объеме изобретения стенка 1 может иметь в продольном сечении, параллельном плоскости сжатого пояса 4, конфигурацию гофра прямоугольную 10 или близкую к прямоугольной, как показано на фиг. 3 и фиг. 11, либо иметь треугольные клиновидные гофры 11, чередующиеся с плоскими треугольными вставками 12.

Изобретением предусмотрен также вариант решения треугольной в плане конфигурации гофров 12 без плоских вставок между ними. В этом решении элементы 13 гофров 12 выполнены в виде сопряженных гипаров и могут в зоне кромки 3 контакта с растянутым поясом 5 образовывать прямую или близкую к прямой линию.

Дальнейшим развитием этих решений является трапецеидальное гофрирование 14 (фиг. 13). В этом случае складки стенки 1 имеют форму чередующихся левых 15 и правых 16 клиновидных выступов и выемок. Такие гофры образованы из чередующихся разнонаклоненных плоских прямоугольных 17 или клиновидных пластин, сопряженных с гипаровидными элементами 18.

Кроме того, гофрирование стенки 1 может быть выполнено клиновидно волнистым 19 (фиг. 14).

Нижний пояс 5 и его вариантные конструктивные решения 6, 7 и 8, 9 выполняют из материалов повышенной прочности, хорошо работающих на растяжение, преимущественно из металлов, или комбинированными из сочетания металлов, дерева и/или пластмасс. Соединение стенки 1 с поясом 5 возможно на сварке, электрозакрепках, клеесварное, а при применении компактных стержневых 6 или трубчатых 7 вариантных решений растянутого пояса 5 предпочтительно решение, показанное на фиг. 8, 9; 10 и 14. При этом нижняя часть стенки 1 рассечена на консольные участки 20, которые разведены в разбежку и затем загнуты с обжатием и частичным или полным охватом элемента 6 или 7 растянутого пояса 5. Прочность и надежность соединения участков 20 стенки 1 с элементом 6 или 7 может быть дополнительно повышена введением клеевого слоя или применением контактной сварки.

Соединение стенки с менее прочным материалом сжатого пояса 4, преимущественно деревянным, предусмотрено путем врезки в него стенки и посадки на клею. Кроме того, разработаны конструктивные усиления соединения стенки 1 со сжатым поясом 4 в виде системы опорно-соединительных зубьев 21, 22 и 23. Зубья 21 и 22 выполнены разной длины. Более длинные из них зубья 21 являются основными, их располагают преимущественно на границах излома складки гофров стенки 1 и для усиления пространственной жесткости выполняют, например, с продольным изломом. Зубья 22 могут быть плоскими, совпадающими с плоскостью или образующей соответствующих участков гофров 10, 11, 13, 17, 18 или 19, либо разведены на угол 3-5о, считая от соответствующей плоскости или образующей (фиг. 17).

Зубья 23 отогнуты через один вправо и влево, как показано на фиг. 18 и фиг. 19, относительно образующей участка стенки 1 под углами 90 ± α , где α - угол между продольной плоскостью симметрии балки и образующей соответствующего участка гофра стенки. Такой наклон обеспечивает опорно-касательный контакт зубьев 23 с обращенной к ним поверхностью пояса 4.

Кроме изменений амплитуды гофров по высоте стенки 1, чем собственно обусловлены различные вариантные решения клиновидности гофров, изобретением предусмотрена возможность изменения амплитуды 24 гофров по длине балки в сечении, параллельном, например, контактной плоскости сжатого пояса 4. Такое изменение амплитуды выполняют с увеличением ее в зоне наибольших нагрузок, например, в средней части пролета и при необходимости может быть конструктивно дополнено уступообразным 25 или плавным увеличением ширины сжатого пояса 4 (фиг. 21). Альтернативным конструктивным решением той же задачи в рамках изобретения может быть варьирование шага складки по длине пролета балки.

Для удобства опирания балки на стены или другие конструкции может быть использована известная составная опора (условно не показана) или приопорную часть балки выполняют с совмещением 26 верхнего сжатого 4 и нижнего растянутого пояса 5 (фиг. 20).

Балку изготавливают из материалов, применяемых в строительстве, включая дерево, металлы, сплавы, металлопласты и композиционные элементы.

Работает конструкция по типу балочной. Нагрузка от выше расположенных ограждений (элементов покрытия) и эксплуатационных возможностей с соответствующего участка площади покрытия, перекрытия распределяется по верхнему поясу и через него и стенку 1 включает в работу нижний пояс.

Конструкция обеспечивает достижение положительного эффекта в виде снижения материалоемкости на 5-12% при одновременном улучшении таких основных эксплуатационных качеств как несущая способность, устойчивость. Это достигается путем рационального решения пространственных форм стенки 1 балки и ее сопряжений с поясами, адекватных свойствам материалов различных элементов и их сочетаний.

Использование: в строительстве, в несущих конструкциях балочного типа для восприятия пролетных нагрузок. Сущность изобретения: балка включает сжатый деревянный и растянутый нижний пояс, соединенные гофрированной стенкой, пояса балки выполнены ассиметричными. Нижний пояс выполнен из более прочного материала, имеет меньшую площадь поперечного сечения, а стенка выполнена с уменьшением амплитуды гофра к нижнему поясу. Предусмотрены варианты выполнения гофр балки. 11 з.п. ф-лы, 21 ил.

БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н П .