ТОНКОСТЕННАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАЛКА Российский патент 1999 года по МПК E04C3/04 

Изобретение относится к области строительства, а именно к тонкостенным металлическим балкам, которые могут быть использованы в качестве несущих конструкций для перекрытия пролетов различной длины, а также в качестве опалубочных элементов и стоек при устройстве потолков, стен и т.п.

Известна металлическая балка, имеющая стенку, полки и ребра жесткости (см., напр., ав.св. СССР N 863799, кл. E 04 C 3/04, 1979г.).

Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является тонкостенная металлическая балка, образованная стенкой с полками на торцах и имеющая ребра жесткости между полками (см., напр., ав.св. СССР N 836312, кл. E 04 C 3/04, 1978г.).

Существенными недостатками известных решений являются значительный расход материала, обусловленный как собственным весом балки, так и весом ребер жесткости, которые обычно выполняются на всю высоту стенки, а также меньшая устойчивость стенок при изгибе и меньшая устойчивость балки в целом при действии скручивающих и продольных сил.

Целью изобретения является снижение массы балки при одновременном повышении ее устойчивости путем устранения отмеченных недостатков.

Сущность изобретения заключается в том, что в тонкостенной металлической балке, образованной стенкой с полками на торцах и имеющей ребра жесткости между полками, ребра жесткости расположены на стенке с образованием зазоров между их торцами и полками, при этом высота участка стенки, на котором они расположены, определяется из соотношения: l≥2/3H, а ребра жесткости выполнены в виде полых поперечных выступов криволинейного профиля высотой h ≥ 2δ и шириной основания b≥3h, где:
l - высота участка расположения ребер жесткости на стенке;
H - высота стенки;
δ толщина стенки;
h - высота профиля ребра;
b - ширина основания профиля ребра.

Тонкостенная металлическая балка может быть выполнена с продольными ребрами жесткости, расположенными в зазорах, образованных на стенке между торцами ребер и полками, при этом поперечные ребра жесткости могут быть расположены на стенке с наклоном в одну или в противоположные стороны или вертикально и иметь, соответственно, профиль сегмента или трапецеидальный.

Кроме того, продольные ребра жесткости могут быть расположены на полках.

По сравнению с прототипом (а. с. N 836312) изобретение содержит отличительные признаки, заключающиеся в том, что ребра жесткости расположены на стенке с образованием зазоров между их торцами и полками, при этом высота участка стенки, на котором они расположены, определяется из соотношения: l≥2/3 H, а ребра жесткости выполнены в виде полых поперечных выступов криволинейного профиля высотой h ≥ 2δ и шириной основания b ≥ 3h.

Тонкостенная металлическая балка может быть выполнена с продольными ребрами жесткости, расположенными в зазорах, образованных на стенке между торцами поперечных ребер и полками, при этом поперечные ребра жесткости могут быть расположены на стенке с наклоном в одну или в противоположные стороны или вертикально и иметь, соответственно, профиль сегмента или трапецеидальный.

Кроме того, продольные ребра жесткости могут быть расположены на полках.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображены:
- на фиг. 1 - металлическая балка, поперечный разрез;
(вариант образного профиля)
- на фиг. 2 - то же, вид по стрелке A на фиг 1; вариант с наклонным расположением поперечных ребер жесткости в разные стороны.

- на фиг. 3 - то же, вариант с вертикальным расположением поперечных ребер жесткости;
- на фиг. 4 - то же, вариант с наклонным расположением ребер жесткости в одну сторону;
- на фиг. 5 - профиль поперечного ребра жесткости, вариант его выполнения в виде сегмента;
- фиг. 6 - то же, вариант выполнения поперечного ребра жесткости с трапецеидальным профилем.

Металлическая балка, например образного или I-образного профиля включает стенку 1 высотой "Н" и толщиной "δ" и полки 2 шириной "B". На стенке 1 расположены поперечные ребра 3 вертикально (фиг. 3) или наклонно (фиг. 2 и 4) с наклоном в одну или в противоположные стороны. На стенке 1 могут быть также выполнены продольные ребра 4 (фиг. 1), расположенные между торцами поперечных ребер 3 и полками 2 в зазорах 5. При этом на полках 2 также возможно выполнение продольных ребер 6.

Поперечные ребра 3 и вертикальные и наклонные расположены на стенке 1 только в пределах участка, высота l которого определяется из соотношения l≥2/3 Н. Конкретный размер ребер 3 в каждом отдельном случае определяется на основе соответствующих расчетов в зависимости от величины и направления действующих нагрузок. Однако, оптимальный размер участка расположения ребер 3 находится именно в указанных пределах и предусматривает наличие зазоров 5.

Поперечные ребра 3 выполнены в виде полых выступов криволинейного, например в виде сегмента (фиг. 5) с радиусом "R" или трапецеидального (фиг. 6) профиля, имеющего высоту "h" и ширину основания "b" при соотношениях: h ≥ 2δ и b≥3h.

Эффективная работа балки обусловлена тем, что сочетание стенки 1 и ребер 3, выполненных согласно изобретению, образует центр упругого сопротивления, который повышает устойчивость верхнего сжатого пояса балки от продольных сил и жесткость стенки без использования дополнительных элементов жесткости от поперечных сил.

Одновременное сочетание усиления стенки и полок балки дает возможность повысить приведенное сечение, что позволяет увеличить допускаемые нагрузки для изгибаемых и подвергаемых осевому и внецентренному сжатию балок, а также уменьшить прогиб изгибаемых балок по сравнению с балками, имеющими плоские стенки и полки.

Как показали предварительные испытания и расчеты, изобретение позволяет снизить расход металла на 5-10%.

Изобретение относится к области строительства, а именно к металлическим балкам, которые могут использоваться как несущие конструкции, а также в качестве опалубочных элементов. Металлическая балка может иметь различный профиль, например -образный, который включает стенку и полки. На стенке выделен участок определенной высоты, в пределах которого расположены поперечные, вертикальные и наклонные ребра жесткости. Ребра жесткости выполнены пустотелыми и могут иметь профиль сегмента или трапецеидальный, при этом высота и ширина основания профиля определяются из приведенных соотношений. Техническим результатом изобретения является повышение допускаемых нагрузок для изгибаемых и подвергаемых осевому и внецентральному сжатию балок. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Тонкостенная металлическая балка, образованная стенкой с полками на торцах, и имеющая ребра жесткости между полками, отличающаяся тем, что ребра жесткости расположены на стенке с образованием зазоров между их торцами и полками, при этом высота участка стенки, на котором они расположены, определяется из соотношения: l ≥ 2/3H, а ребра жесткости выполнены в виде полых поперечных выступов криволинейного профиля высотой h ≥ 2δ и шириной основания b ≥ 3h, где l - высота участка расположения ребер жесткости на стенке; H - высота стенки; δ - толщина стенки; h - высота профиля ребра; b - ширина основания профиля ребра. 2. Тонкостенная металлическая балка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с продольными ребрами жесткости, расположенными в зазорах, образованных на стенке между торцами поперечных ребер и полками. 3. Тонкостенная металлическая балка по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что поперечные ребра жесткости расположены на стенке с наклоном в одну или в противоположные стороны и имеют профиль сегмента. 4. Тонкостенная металлическая балка по пп.1 или 2, отличающаяся тем, что поперечные ребра жесткости расположены на стенке вертикально и имеют трапецеидальный профиль. 5. Тонкостенная металлическая балка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она выполнена с продольными ребрами жесткости, расположенными на полках.