МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАЛКА Российский патент 1998 года по МПК E04C3/07 

Изобретение относится к строительству, в частности к металлическим балкам, стенка которых подкреплена ребрами жесткости, и может быть использовано в качестве основной несущей конструкции в перекрытиях и покрытиях зданий и сооружений.

Известна металлическая балка открытого профиля, стенка которой подкреплена вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости [1]
Недостатки этой балки высокая металлоемкость из-за повышенной толщины стенок и большого количества подкрепляющих ребер жесткости, размеры которых обуславливаются обязательным выполнением требований СНиП, а также большие расходы энергии на производство сварочных работ и на раскрой конструктивных деталей.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является металлическая балка, состоящая из поясов, перфорированной стенки и подкрепляющих ребер жесткости [2]
Недостатками ее являются повышенная металлоемкость из-за большой толщины стенки (соотношение между толщиной пояса t_n и толщиной стенки tω равно ≈16,5/11) и большие энергозатраты на раскрой исходного двутавра по зигзагообразной линии (Проектирование металлических конструкций: Спец. курс. Учеб. пособие для вузов (Под ред. В.В. Бирюлева, И.И. Кошина, И.И. Крылова, А.В. Сильвестрова. Л. Стройиздат, 1990, с. 29 64, рис. 2.28 2.32).

Целью изобретения является снижение металлоемкости и энергозатрат на изготовление.

Поставленная цель достигается тем, что в металлической балке стенка выполнена зигзагообразной из полос с внешним контуром в виде параллелограмма, жестко прикрепленных к поясам, а подкрепляющие продольные ребра выполнены в виде тонкостенных профилированных листов, охватывающих перфорированную стенку с двух сторон по всей высоте балки и жестко соединенных с ее стенкой и поясами.

На фиг. 1 изображена балка в аксонометрической проекции с поясами из тавров, с зигзагообразной перфорированной стенкой, с опорными поперечными и продольными ребрами жесткости, причем последние выполнены из профилированных тонкостенных листов; на фиг. 2 разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 вариант балки с поясами из труб; на фиг. 4 вариант балки с поясами из швеллеров; на фиг. 5 деталь крепления профилированных листов к элементам перфорированной стенки и поясам из тавров заклепками или точечной сваркой; на фиг. 6 раскрой стальной полосы стандартных размеров на элементы перфорированной стенки.

Металлическая балка состоит из поясов 1, прикрепленных к ним на сварке элементов перфорированной стенки 2, продольных подкрепляющих ребер 3, выполненных в виде тонкостенных профилированных листов, опорных поперечных ребер 4, связей 5, соединяющих профилированные листы 3 с элементами перфорированной стенки 2 и с поясами 1 и выполненных в виде заклепок, точечной сварки и т.п.

Балку собирают в следующем порядке.

Укладывают параллельно друг другу пояса, между которыми размещают элементы плоской перфорированной стенки таким образом, чтобы они образовали треугольную решетку и своими скошенными кромками примкнули к поясам. Затем осуществляют их сварку друг с другом. При этом должна быть обеспечена строгая центрация скрепленных элементов, т.е. оси, проходящие через центры тяжести поперечных сечений поясов и оси примыкающих к ним элементов стенки, должны пересечься в одной точке. После этого приваривают опорные ребра балки, укладывают на сваренный каркас балки профилированный лист сначала с одной стороны и прикрепляют его к каркасу электрозаклепками, комбинированными заклепками или каким-нибудь иным способом. Перекантовав балку, ее рихтуют, осуществляют сварку опорных ребер, элементов стенки и поясов с противоположной стороны, укладывают второй профилированный лист и прикрепляют его указанным выше способом. В случае применения в качестве поясов профилей таврового сечения сварку элементов стенки и поясов можно производить с одной стороны с подваркой корня шва.

Металлическая балка данной конструкции работает следующим образом.

При действии вертикальной нагрузки каркас балки начинает работать как ферма с треугольной решеткой, так как соотношение высоты балки h к ее пролету l находится в пределах 1/110 1/14. Если опирание прогонов будет осуществлено над точками пересечения осевых линий поясов и элементов стенки, то появление изгибающих моментов в поясах возможно только за счет проявления рамного эффекта. При внеузловой передаче вертикальной нагрузки верхние пояса дополнительно будут работать на местный изгиб. Таким образом, верхние пояса балки испытывают продольно-поперечный изгиб, а нижние пояса растяжение с изгибом. Элементы стенки, образующие треугольную решетку, испытывают и растяжение и сжатие. Работа растянутых элементов стенки не имеет особенностей. Работа сжатых элементов стенки без подкрепления из плоскости невозможна из-за их потери устойчивости. Роль связей, удерживающих сжатые элементы от искривления, выполняют жесткие на изгиб из плоскости балки профилированные листы. При этом смежные растянутые элементы стенки удерживают профилированные листы от перемещений из плоскости балки и поэтому могут служить упругими удерживающими опорами для профлистов. Таким образом, профилированные листы в составе балки работают на изгиб из ее плоскости по многопролетной схеме с расчетным пролетом l ≅ 2h (h высота балки). Дополнительно профилированные листы могут воспринимать усилия сдвига, разгружая тем самым перфорированную стенку балки. Сварные швы, скрепляющие элементы стенки с поясами, должны быть достаточными для восприятия разности усилий в смежных панелях.

Предложенная конструкция металлической балки пролетом 12 м при погонной нагрузке 50 кН/м по сравнению с тонкостенной балкой, подкрепленной поперечными ребрами, дает экономию стали до 9% и сокращение сварочных работ до 50% Эта же балка в сравнении с балкой с волнистой стенкой дает сокращение сварочных работ до 50% и экономию стали до 1,5%

Использование: в перекрытиях и покрытиях зданий и сооружений различного назначения. Сущность изобретения: металлическая балка включает пояса, плоскую перфорированную стенку, поперечные опорные и продольные подкрепляющие ребра жесткости. Перфорированная стенка выполнена на зигзагообразной из полос с внешним контуром в виде параллелограмма, жестко прикрепленных к поясам, а подкрепляющие продольные ребра выполнены в виде тонкостенных профилированных листов. При этом профилированные листы охватывают перфорированную стенку с двух сторон по всей высоте балки и жестко соединены со стенкой и с поясами. 6 ил.

Металлическая балка, включающая пояса, плоскую перфорированную стенку, поперечные опорные и продольные подкрепляющие ребра жесткости, отличающаяся тем, что перфорированная стенка выполнена зигзагообразной из полос с внешним контуром в виде параллелограмма, жестко прикрепляемых к поясам, а подкрепляющие продольные ребра выполнены в виде тонкостенных профилированных листов, охватывающих перфорированную стенку с двух сторон по всей высоте балки и жестко соединенных со стенкой и с поясами.