СТРОПИЛЬНАЯ ФЕРМА Российский патент 2002 года по МПК E04C3/28 

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в длинномерных строительных элементах, в частности, стропильных фермах крыш для образования перекрытия зданий и сооружений.

К стропильным фермам предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности и надежности, безопасности при длительной эксплуатации в условиях воздействия снеговых и ветровых нагрузок, тепловых деформаций, состава атмосферы в зданиях, обеспечения быстроты сборки-разборки, трансформируемости при минимально возможной их массе. Однако, при решении вопросов снижения массы возникает опасность преждевременного разрушения. Поэтому в стропильных фермах используют различные комбинации структур материалов. Особенно актуальной является задача создания жестких и прочных стропильных ферм с использованием свойств композиционных материалов.

Известна стропильная ферма, содержащая верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные из линейных элементов с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки и крепления на несущих опорах (патент США N 2248380, кл.52-642, 1941).

Известна другая стропильная ферма, содержащая верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные из линейных профилированных элементов постоянного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки крепления на несущих опорах (патент США N 2764108, кл. 52-642, 1956).

Эти фермы выполнены с применением стержневых элементов из дерева, скрепленных по длине.

Известны также стропильные фермы из стальных или алюминиевых стержневых элементов фирмы ЛЮСЬЕН ВАЛЬТЕР (Франция) (см. приложение 1).

Известны строительные конструкции, изготовленные из элементов с применением композиционных материалов (заявка ЕПВ N 0412910 A1, E 04 C 3/28,1990) или полых элементов (заявка ЕПВ N 0663486 A1, E 04 C 3/28, 1994).

В описании авторского свидетельства СССР N 1609898, E 04 B 1/32, 1990 г. представлена строительная конструкция, содержащая арочные полые профили из стеклопластика с клееными прослойками из дерева.

В указанных конструкциях стропильных ферм отсутствуют возможности уменьшения массы материала для их облегчения.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является стропильная ферма по патенту США N 2764108.

Основной задачей изобретения является создание стропильных ферм с применением композиционных материалов на основе длинноволокнистого наполнителя - стекловолокон и полимерного связующего.

Техническим результатом от использования изобретения является уменьшение массы стропильных ферм, обеспечение быстроты монтажа и демонтажа строительных конструкций, с обеспечением их высокой жесткости, прочности и надежности.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет выполнения верхнего и нижнего поясов и стержневых связей между ними из композиционного материала волокнистой структуры продольной направленности и выбора объемного соотношения в них пластика.

Для этого, в стропильной ферме, содержащей верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки и крепления на несущих опорах, линейные элементы верхнего и нижнего поясов и стержневых связей выполнены из стекло- или базальтопластика на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон при объемном соотношении пластика верхнего, нижнего поясов и стержневых связей от 1:0,95:0,3 до 1: 0,5: 0,2. Пояса фермы со стержневыми связями выполнены в виде секций - центральной пятиугольной и двух концевых треугольных, состыкованных между собой по параллельным вертикальным разъемам. Во втором варианте пояса фермы со стержневыми связями могут быть выполнены в виде секций - центральной пятиугольной, двух концевых треугольных и двух промежуточных четырехугольных, состыкованных между собой по параллельным вертикальным разъемам. Линейные элементы верхнего и нижнего поясов и стержневых связей могут быть выполнены трубчатыми - круглого или прямоугольного профиля или сплошными - таврового или двутаврового профиля.

Отличительными особенностями стропильной фермы являются следующие признаки:
- выполнение линейных элементов верхнего и нижнего поясов и стержневых связей из стекло- или базальтопластика,
- выполнение стекло- или базальтовых элементов строительной фермы на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон (жгутов, ровингов) и полимерного связующего,
- объемное соотношение пластика верхнего, нижнего поясов и стержневых связей от 1: 0,95: 0,3 до 1: 0,5: 0,2,
- выполнение поясов со стержневыми связями в ферме в виде состыкованных секций - центральной пятиугольной и двух концевых треугольных,
- выполнение поясов со стержневыми связями в ферме в виде секций - центральной пятиугольной, двух концевых треугольных и двух промежуточных четырехугольных,
- состыковка секций фермы во всех вариантах, по параллельным вертикальным разъемам,
- выполнение линейных элементов верхнего и нижнего поясов и стержневых связей фермы трубчатого профиля - круглого или прямоугольного, или сплошного профиля - таврового или двутаврового.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. В предложенной стропильной ферме ее верхний и нижний пояса и стержневые связи между ними выполнены из стекло- или базальтопластика на основе стекло- или базальтоволокон, имеющих в них продольное расположение. Верхний пояс воспринимает сжимающие нагрузки, нижний пояс воспринимает растягивающие нагрузки, стержневые связи между поясами воспринимают сжимающие нагрузки, что дает возможность наиболее эффективно реализовать прочностные свойства стекло- или базальтоволокон. Минимальной массы стропильная ферма выполняется из указанного материала - пластика при объемном соотношении его в верхнем, нижнем поясе и стержневых связей между ними в пределах от 1:0,95:0,3 до 1:0,5:0,2. Выполнение стропильной фермы из линейных стержней с одинаковым профилем поперечного сечения становится невыгодным и приводит к неэффективному применению стекло- или базальтоволокон. В указанных пределах объемного соотношения пластика достигается наименьшая масса стропильной фермы. Секционное выполнение стропильной фермы повышает ее производительное изготовление, транспортировку и обеспечивает быстроту сборки строительной площадки. Предлагаемая конструкция фермы может быть произведена из линейных элементов, выполненных полыми или сплошными, что позволяет эффективнее использовать армирующие волокна в соответствующем профиле.

Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствующим критерию "новизна". Единая совокупность новых существенных признаков и общих известных существенных признаков в предложенном техническом решении позволяет получить стропильную ферму минимальной массы, высокой жесткости и прочности, эффективно воспринимающей снеговые и ветровые нагрузки без разрушения, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники аналогов и прототипа. Новое техническое решение получено в результате опытно-конструкторской и экспериментальной работы и творческого вклада в разработку и создание новых видов и модификаций стропильных ферм, получено без использования каких-либо стандартов или рекомендаций в данной области строительной техники, является оригинальным и неочевидным для специалиста, в совокупности новых и общих известных существенных признаков соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид стропильной фермы, на фиг. 2 - вид на стропильную ферму снизу, на фиг. 3 - трехсекционная стропильная ферма, на фиг. 4 - пятисекционная стропильная ферма, на фиг. 5 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде полого круглого профиля, на фиг. 6 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде полого прямоугольного профиля, на фиг. 7 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде сплошного таврового профиля, на фиг. 8 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде сплошного двутаврового профиля, на фиг. 9 - пример использования стропильной фермы.

Стропильная ферма содержит верхний и нижний пояса 1, 2, скрепленные стержневыми связями 3, соответственно выполненные из линейных элементов 4-6 (фиг. 5 - 8), с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки 7, 8 с отверстиями 9, 10 на концах нижнего пояса 2 для установки и крепления на несущих опорах 11, 12 (фиг. 1). Линейные элементы 4-6 верхнего и нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 выполнены из стекло- или базальтопластика на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон 13 (фиг. 2) при объемном соотношении пластика верхнего, нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 от 1:0,95:0,3 до 1:0,5: 0,2. Стропильная ферма может быть выполнена трехсекционной - из центральной пятиугольной секции 14 и двух концевых треугольных секций 15, 16, или пятисекционной - центральной пятиугольной секции 14, двух концевых треугольных секций 15, 16 и двух промежуточных четырехугольных секций 17, 18 между ними, соответственно состыкованных по вертикальным параллельным разъемам 19, 20 или 21, 22 и 23, 24.

Максимальное объемное соотношение пластика 1:0,95:0,3 верхнего, нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 наиболее эффективно для тяжелонагруженной стропильной фермы.

Минимальное объемное соотношение пластика 1:0,5:0,2 верхнего, нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 наиболее эффективно для малонагруженной стропильной фермы.

Варьирование объемными соотношениями пластика в пределах максимального и минимального соотношения позволяет получать стропильные фермы с наиболее выгодной структурой их армирования.

Крепление стержневых связей 3 к верхнему и нижнему поясам 1, 2, соединение секций 14-18 и линейных элементов 4-6 между собой осуществляется посредством накладок или фасонных переходников и стержневыми резьбовыми элементами.

Для изготовления стропильных ферм с использованием нового технического решения использовались линейные профили, полученные термовытяжкой в фильерных устройствах, производства Ступинского завода "Стеклопластик" Московской обл. Линейные профили изготавливались из стекложгута марки РБН-13-25-20 на связующем ЭД-20, имеющем эпоксидную основу, отвержденном И-НТГФА с ускорителем - лапролом 202. Для уменьшения трения при прохождении фильерного устройства в материал профилей вводился хлористый цинк.

Проведенные испытания стеклопластиковой фермы, изготовленной из композиционного материала на основе вышеприведенных компонентов, подтвердили их высокую прочность и надежность. Испытания стропильной фермы проводились с приложением распределенных и сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу 1. Реализация предложенного технического решения позволяет получить высококачественные стропильные фермы из стекло- или базальтопластика и полимерного связующего для перекрытий зданий, павильонов, стоянок, укрытий различного типа и номенклатуры. Для увеличения поперечной прочности стекло- или базальтоволокна 13, расположенные в продольном направлении линейных элементов 4-6, имеют волнообразное перекрещивание между собой, что повышает их сопротивляемость от воздействующих нагрузок. Стропильная ферма хорошо воспринимает вибрационно- колебательные нагрузки.

Таким образом, предложенное техническое решение по конструктивному исполнению является новым и эффективным по сравнению с известным уровнем техники.

Объем предлагаемого изобретения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение, приведенное в описании, формуле и чертежах. Следует иметь в виду, что форма выполнения представляет собой только возможные предпочтительные варианты его осуществления, могут быть различные комбинации в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема, изложенных в пунктах формулы. Кроме того, предложенное техническое решение не ограничивается его использованием в стропильных фермах, может быть использовано в фермах с параллельным расположением верхнего и нижнего поясов и других областях строительства, где требуется применение ферм из композиционных материалов повышенной прочности и надежности, и других свойств, описанных в материалах заявки.

Новое техническое решение в предложенной совокупности новых и общих известных существенных признаков соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в длинномерных строительных элементах, в частности стропильных фермах крыш, перекрытиях зданий и сооружений. Технический результат изобретения является снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления фермы. Стропильная ферма содержит верхний, нижний пояса и стержневые связи, выполненные из стекло- или органопластика в объемном соотношении от 1:0,95:0,3 до 1:0,5: 0,2. Стропильная ферма может быть выполнена трех-, пятисекционной. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Стропильная ферма, содержащая верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные из линейных элементов с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки и крепления на несущих опорах, отличающаяся тем, что линейные элементы верхнего и нижнего поясов и стержневых связей выполнены из стекло- или базальтопластика на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон при объемном соотношении пластика верхнего, нижнего поясов и стержневых связей от 1: 0, 95: 0,3 до 1: 0,5: 0,2. 2. Ферма по п. 1, отличающаяся тем, что ее пояса со стержневыми связями выполнены в виде секций - центральной пятиугольной и двух концевых треугольных, состыкованных между собой по параллельным вертикальным разъемам. 3. Ферма по п. 1, отличающаяся тем, что ее пояса со стержневыми связями выполнены в виде секций - центральной пятиугольной, двух концевых треугольных и двух промежуточных четырехугольных, состыкованных между собой по параллельным вертикальным разъемам. 4. Ферма по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что линейные элементы верхнего и нижнего поясов и стержневых связей выполнены трубчатыми, круглого или прямоугольного профиля, или сплошными, таврового или двутаврового профиля.