СЕТЧАТАЯ БАШНЯ Российский патент 2002 года по МПК E04H12/08 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве высотных сооружений башенного типа из металла.

Известны решетчатые металлические башни традиционной конструкции, состоящие из поясов и соединяющих их в пространственную решетчатую конструкцию стержневых элементов решетки - раскосов и распорок (см. Соколов А. Г. "Опоры линий передач". - М. , Стройиздат, 1961, с. 77, рис. 57).

При воздействии на сооружение такой конструкции поперечной нагрузки, в частности, ветровой, являющейся определяющей для такого рода сооружений, поперечные сечения поясов башни определяются, в основном, этой нагрузкой, исходя из эпюры изгибающих моментов, учитываются и усилия от собственного веса и других весовых нагрузок, например, гололедно-изморосевых отложений, а усилия в элементах решетки - из эпюры поперечных сил.

В результате сечения элементов решетки подбираются, в большинстве случаев, по гибкости, т. е. принятое сечение не используется полностью, что приводит к перерасходу металла.

Указанные недостатки частично устранены в сетчатой башне, имеющей стержневые элементы в виде перекрещивающихся пар, расположенных в параллельных вертикальных плоскостях, проведенных через их нижние концы, а их верхние концы расположены на радиальной прямой, проходящей в плане через точку пересечения проекций вертикальных плоскостей, одна из которых проведена через нижние концы обоих стержней, а другая проходит через хорду окружности в секторе, ограниченном радиальными прямыми, проведенными через нижние концы стержней, причем радиус этой окружности - средний между радиусами окружностей, на которых расположены нижние концы внешнего и внутреннего стержней (см. ав. свид. N 578413 М. кл. E 04 H 12/08, 1977).

Однако рассмотренное решение ставит целью только унификацию по геометрическим размерам стержней, находящихся между смежными кольцами жесткости.

Рассматривая работу элементов сооружения, скомпонованного в соответствии с этим решением, необходимо отметить, что в местах соединения "внешних и внутренних наклонных стержней" в уровне, так называемых, "колец жесткости" расстояния от оси изгиба каждого сечения сооружения (ось изгиба не совпадает с осью симметрии сечения, т. к. кроме изгибающего момента от поперечной нагрузки на сооружение действуют весовые нагрузки: собственный вес сооружения и оборудования, вес гололедно-изморосевых отложений и т. п. ) до осей поперечных сечений "внутренних" и "внешних" стержней различно. В связи с чем внутренние осевые усилия, возникающие в этих стержнях от изгиба сооружения, также будут различны. Это приводит к возникновению крутящего момента в кольцах жесткости.

В местах примыкания внешних и внутренних стержней к кольцам жесткости оси как внешних, так и внутренних стержней, расположенных над и под кольцом жесткости, не лежат на одной прямой.

Следовательно, в этих местах появятся горизонтальные составляющие усилий как в радиальном, так и тангенциальном направлениях. Таким образом, кольцо жесткости будет находиться в сложно-напряженном состоянии.

Конструктивное решение кольца жесткости при описанных в нем внутренних усилиях представляется весьма сложным, равно как и конструкция примыкания к нему наклонных внешних и внутренних элементов, особенно при конструктивном решении этих монтажных соединений на болтах.

Это объясняется необходимостью решения поперечного сечения "кольца жесткости" в виде замкнутого профиля, т. к. открытое сечение в виде тавра или двутавра плохо работает на кручение.

В результате для обеспечения достаточной несущей способности колец жесткости потребуется значительный расход металла.

Наиболее близким предлагаемому техническому решению является сетчатая башня, включающая унифицированные прямолинейные наклонные стержни, соединенные в точках перекрещивания на кольцах жесткости (см. авт. свид. N 975987 М. кл. E 04 H 12/00, 1982).

Решетчатая башня в соответствии с этим решением включает каркас, разделенный горизонтальными поясами на отдельные ярусы и образованный наклонными прямолинейными пересекающимися стойками одной высоты, при этом каркас выполнен в форме пирамиды, а наклонные стойки размещены на гранях и ребрах последней, а каждая стойка грани параллельна одному из ребер, ограничивающих грань, в которой лежит стойка, количество же наклонных стоек в соседних по высоте ярусах последовательно изменяется на две единицы в каждой грани.

При рассмотрении этого решения, с точки зрения воплощения в конструкции, можно констатировать следующее:
1) в данном случае имеет место лишь унификация геометрических размеров элементов и узлов. Однако сечения элементов по высоте будут изменяться. В связи с изложенным, говорить о полной унификации элементов и узлов не представляется возможным;
2) увеличение количества элементов в решетке башни приводит не только к увеличению трудоемкости и сложности монтажа, но также к усложнению и увеличению трудоемкости ее изготовления.

Таким образом, реализация данного решения не только не позволяет упростить изготовление и монтаж сооружения, но, напротив, приводит к увеличению трудоемкости изготовления и монтажа металлоконструкций башни.

Указанные недостатки устраняются в предлагаемом решении.

Достигается это тем, что стержни по всей высоте башни пересекаются в вершинах углов многоугольных колец жесткости, смежные по высоте из которых смещены относительно друг друга на половину угла, равного частному отделения 360^o на количество сторон многоугольников, в вершинах которых соединены стержни.

При этом многоугольные кольца жесткости башни выполнены в виде образованных плоскими фермами горизонтальных диафрагм.

Техническим результатом предлагаемого решения является сокращение трудоемкости изготовления и монтажа металлоконструкций сооружения за счет унификации геометрических размеров элементов и уменьшения их количества.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показан общий вид башни;
на фиг. 2 - ее фасад;
на фиг. 3 - разрез по 1-1 фиг. 2;
на фиг. 4 - разрез по 2-2 фиг. 2;
на фиг. 5 - узел 1;
на фиг. 6 - разрез 3-3 фиг. 5;
на фиг. 7 - фрагмент "А" - развертка фасада башни;
на фиг. 8 - фрагмент "Б" - диафрагмы в виде ферм;
на фиг. 9 - фрагмент "В" - наклонный элемент несущего каркаса.

Предлагаемая сетчатая башня 1 состоит из наклонных элементов 2, пересекающихся в узлах 3, колец жесткости в виде плоских ферм 4 и фундамента 5. Каждый наклонный элемент 2 с сечением в виде замкнутого профиля, преимущественно трубчатого, состоит из трех частей 6, 7, 8, соединенных между собой болтами 9 через фланцы 10, которые прикреплены к одной из сторон каждой крайней части наклонных элементов 6 и 8, обращенной в сторону средней части наклонного элемента 7.

Для образования бесфасоночного соединения в узле 3 пересечения стержневых элементов свободные концы концевых частей 11 и 12 подвергнуты фигурной обработке.

Узел 3 включает горизонтальную вставку 13, соединенную с вертикальной фасонкой 14, к которым примыкают концевые части 6 и 8 наклонных элементов 2, подходящих к узлу сверху и снизу. Горизонтальная вставка 13 снабжена переходными элементами 15 с прикрепленными фланцами 16 для соединения с наружными поясами 17 плоских ферм 4, совместно образующими кольца жесткости, играющими роль диафрагм и обеспечивающими геометрическую неизменяемость сечения башни.

Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной мере уменьшить трудоемкость изготовления и монтажа металлоконструкций сетчатой башни за счет унификации геометрических размеров элементов и уменьшения их типоразмеров.

Уменьшение количества типоразмеров элементов сетчатой башни достигается их унификацией как по длине, так и по линейным геометрическим размерам узлов, что позволяет сократить количество типоразмеров оснастки (кондукторов) и, как следствие, уменьшить объем контрольной сборки секций башни на заводе.

Для определения долговечности сооружения и для выявления оптимальных соотношений геометрических размеров сечений вставок и толщин фасонок в зависимости от сечений и усилий сходящихся в узлах наклонных элементов были изготовлены модели узлов башни в натуральную величину, испытания которых на статические и циклические нагрузки дали положительные результаты.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении высотных сооружений башенного типа из металла. Технический результат изобретения заключается в упрощении изготовления и монтажа сооружения, уменьшении трудоемкости изготовления металлоконструкций башни. Конструкция сетчатой башни содержит унифицированные по длине стержни и объединяющие их по высоте кольца жесткости. Особенностью предлагаемого технического решения является то, что стержни по всей высоте башни пересекаются в вершинах углов многоугольных колец жесткости, смежные по высоте из которых смещены относительно друг друга на половину угла, равного частному от деления 360^o на количество сторон многоугольников, в вершинах которых соединены указанные стержни. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Сетчатая башня, включающая унифицированные по длине стержни и объединяющие их по высоте кольца жесткости, отличающаяся тем, что стержни по всей высоте башни пересекаются в вершинах углов многоугольных колец жесткости, смежные по высоте из которых смещены относительно друг друга на половину угла, равного частному от деления 360^o на количество сторон многоугольников, в вершинах которых соединены стержни. 2. Сетчатая башня по п. 1, отличающаяся тем, что многоугольные кольца жесткости башни выполнены в виде образованных плоскими фермами горизонтальных диафрагм.