ТРЕХШАРНИРНАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ РАМА Российский патент 1999 года по МПК E04B1/18 

Изобретение относится к строительству, в частности железобетонным конструкциям и может быть использовано в конструкциях трехшарнирных рам промышленного, гражданского и сельскохозяйственного назначения.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в снижении металлоемкости и увеличении надежности работы железобетонных рамных конструкций.

Известно, что эксплуатационные нагрузки вызывают в трехшарнирной раме знакопеременный по длине изгибающий момент, причем максимальное значение он приобретает в карнизном узле (фиг. 1), что обуславливает необходимость усиленного армирования этого участка конструкции.

Исходя из этого существует ряд конструктивных решений карнизного узла рамных конструкций, в том числе с применением предварительно напрягаемых элементов и деталей (см. например, а.с. N 815179, кл. E 04 B 1/18, 1981 г., а. с. СССР N 759673 кл. E 04 B 1/18, 1980, а.с. СССР N 838018, кл. E 04 B 1/18, 1981).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа рама каркаса здания по а.с. СССР N 855182, кл. E 04 B 1/18, 1981.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки:
- для усиления зоны наиболее опасных напряжений в процессе монтажа применяются дополнительные арматурные элементы;
- конструкция рамы применяется сборной, состоящей из стойки и ригеля;
- соединение стойки и ригеля в карнизном узле конструкции осуществляется за счет сварки закладных деталей;
- преднапряжение в карнизном узле конструкции выполняется механически за счет углового смещения соединяемых элементов.

Недостатками прототипа являются:
- сложность создания и контроля проектного значения преднапряжения в напрягаемом элементе и снижение надежности работы арматуры в зоне стыка;
- в стойке рамы использована арматура в виде пуска высокопрочной проволоки в качестве рабочей (расчетной) арматуры в то время как СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" не допускает применение высокопрочной проволоки без предварительного напряжения. В рассмотренном изобретении предварительно напрягается только невыпускаемая часть пучка при соединении стойки с ригелем. Использование же стержневой арматуры с проводкой через наклонные отверстия технически невозможно;
- при создании предварительного напряжения сопряжение ригеля со стойкой в сухой стык происходит через очень малую площадь опирания по граням элементов. Обеспечить прочность на смятие (п. 3.39 СНиП 2.03.01-84) при такой конструкции сопряжения даже теоретически невозможно;
- в конструкции стыка возможно использование только проволочной арматуры.

Указанные недостатки обусловлены конструктивными недочетами, в частности, неверным армированием узла, а также тем, что крайне затруднительно, если вообще возможно изготовление стыкуемых элементов с требуемыми параметрами для обеспечения возможности натяжения арматуры в узле.

Технический результат - увеличение надежности работы карнизного узла рамных конструкций и как следствие из этого - снижение их материалоемкости.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки:
- стыкуемые поверхности стойки и ригеля выполнены криволинейными, причем поверхность стойки имеет положительную кривизну, а поверхность ригеля - отрицательную;
- натяжение арматуры производится не за счет ликвидации зазора как в прототипе, а за счет поворота элементов друг относительно друга по криволинейным поверхностям;
- крепление преднапрягаемой арматуры осуществляется в закладных деталях, выполняемых с прорезями для размещения арматуры.

Степень предварительного напряжения при этом будет зависеть от разности Δ = L-L₁, назначить которую можно изменяя начальный и конечный радиусы криволинейности поверхности сопряжения ригеля со стойкой и места установки закладных деталей в стойке и ригеле.

При расчете предварительного напряжения необходимо учитывать потери напряжения от трения арматуры о поверхность канала ригеля по п. 4 табл. 5 СНиП 2.03.01-84;
- арматура по карнизному узлу располагается не у крайней грани, а в месте наибольшего изгибающего момента в пределах между краем и средней частью диагонального сечения (фиг. 2). Поэтому растянутую арматуру необходимо размещать по дуге окружности с r ≥ 15 d, где d - диаметр арматуры.

Между отличительными признаками и техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь;
- криволинейность поверхности стыкуемых элементов позволяет за счет некоторого изменения угла сочленения элементов добиваться любого проектного значения преднапряжения с требуемой точностью и необходимым контролем. Точное прилегание поверхностей стойки и ригеля в сопряжении достигается в проектном положении конструкции, что облегчает контроль натяжения преднапрягаемой арматуры;
- расположение арматуры согласно вышеизложенным требованиям позволяет преднапрягать всю дополнительную арматуру с необходимой надежностью, что снижает материалоемкость и увеличивает надежность работы узла.

По имеющимся у автора сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована при проектировании, изготовлении и монтаже промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 изображена эпюра изгибающих моментов в железобетонной трехшарнирной раме.

На фиг. 2 представлена эпюра изгибающего момента в карнизном узле рамной конструкции.

На фиг. 3 - изображена предлагаемая конструкция.

На фиг. 4 представлена деталировка некоторых элементов конструкции.

Заявляемая согласно первому пункту формулы изобретения "Трехшарнирная железобетонная рама" содержит стойку 1, ригель 2, соединяемые в проектном положении с помощью сварки закладных деталей 3.

В пазах стойки и ригеля располагаются дополнительные арматурные стержни 4, которые в процессе монтажа привариваются к закладным деталям 5, закрепленным на основной рабочей арматуре 6.

Преднапряжение арматуры в узле осуществляется механическим путем смещения ригеля 2 из первоначального положения (показано штриховой линией) в проектное.

Согласно данным проведения конструкторских проработок заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом имеет существенно большую надежность за счет обеспечения совместности работы рабочей арматуры стойки и ригеля, а также за счет возможности обеспечить более точное преднапряжение арматуры.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Изобретение возможно использовать в конструкциях трехшарнирных рам промышленного, гражданского и сельскохозяйственного назначения. Технической задачей изобретения является увеличение надежности работы карнизного узла рамных конструкций. В изобретении предлагается выполнять стыкуемые поверхности сборных стоек и ригелей криволинейными, в криволинейных пазах стойки и ригеля размещать заанкеренные арматурные элементы, которые при монтаже узла преднапрягаются до нужных по расчету значений за счет изменения угла сочленения элементов и последующей сварки закладных деталей. Расположение арматурных элементов соответствует зоне действия максимального момента. 4 ил.

Трехшарнирная железобетонная рама, содержащая стойки и ригели, стыкуемая поверхность которых выполнена криволинейной в карнизном узле, отличающаяся тем, что стойка и ригель в карнизном узле выполнены с криволинейными пазами, в которых размещены заанкеренные арматурные элементы, предварительно напряженные за счет изменения угла сопряжения стойки и ригеля, причем расположение арматурных элементов соответствует зоне действия максимального изгибающего момента.