МНОГОПРОЛЕТНАЯ ДВУХЭТАЖНАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ РАМА КАРКАСА ЗДАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК E04B1/24 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в металлических каркасах промышленных и гражданских зданий, имеющих, в соответствии с классом ответственности, особо важное народнохозяйственное и социальное значение, а также зданий со взрывоопасными технологическими процессами.

Известна поперечная рама каркаса здания (RU 2319817, Е04С 3/38, С2), конструктивная схема которой позволяет осуществлять управление осадкой ее колонн. Регулирование напряженного состояния конструкции осуществляется при относительно небольших величинах осадок и кренов. Недостатком указанной рамы является низкая степень живучести при возникновении больших просадок грунта основания, кренов, либо возникновении запроектного воздействия, связанного с мгновенным разрушением какой-либо опоры.

Известна также многопролетная поперечная рама (RU 2010092, Е04В 1/24, Е04Н 5/00 С1), в которой имеются подкосы, расположенные в ее плоскости и прикрепленные нижними концами к средним колоннам. Верхние концы этих подкосов прикреплены к ригелям покрытия. Распорки между рамами прикреплены одним концом к ригелям в средних и крайних пролетах, а другим концом - к подкосам. Недостатком указанной рамы является высокая чувствительность к запроектным воздействиям, которые могут предполагать разрушение отдельных ригелей или колонн.

Задача изобретения - обеспечение живучести рамы каркаса здания в случае мгновенного исключения из работы несущей системы любой стойки или ригеля любого этажа.

Технический результат - надежная конструктивная схема рамы, позволяющая предупреждать прогрессирующее обрушение зданий в случае возникновения запроектных воздействий (локального нагрева при пожаре, провала в карстовую воронку, большой просадки грунта основания, техногенной аварии, террористического акта и т.п.).

Поставленная задача решена тем, что изготавливается многопролетная двухэтажная поперечная рама каркаса здания, включающая крайние и средние колонны, жестко опирающиеся на фундамент, ригели перекрытия, ферму покрытия и узлы соединения ригелей и фермы покрытия с колоннами, отличающаяся тем, что нижний пояс фермы покрытия связан с расположенными в серединах пролетов узлами соединения раскосов высокопрочными канатами, при этом в пролете соединение нижнего пояса фермы покрытия и канатов выполняется в двух узлах, каждый из которых расположен на расстоянии 0,3-0,4 длины пролета от ближайшей колонны, крайние колонны связаны с фундаментом высокопрочными оттяжками, крайние и средние колонны снабжены опорными узлами ригелей перекрытия, содержащими страховочные устройства, включающие подкосы, упоры, ползуны, подвесы и горизонтальные коротыши, а устройства опорных узлов ригелей перекрытия на средних колоннах дополнительно снабжены страховочными пластинами, пружинами, разделительными угловыми профилями, ребрами жесткости ригелей перекрытия и вращающимися упорами.

Проведенные расчеты по методу конечных элементов [1] в статической и динамической постановках подтверждают высокую степень живучести рамы в случае мгновенного выведения из работы любой стойки или любого ригеля.

Конструкция поясняется схемами. На фиг.1 изображена схема поперечной рамы, где 1 - крайние колонны, 2 - средние колонны, 3 - ригели перекрытия, 4 - ферма покрытия, 5 - страховочные пластины, 6 - подкосы, 7 - высокопрочные оттяжки, 8 - высокопрочные канаты; на фиг.2 - узел соединения ригелей перекрытия со средней колонной (узел А), который включает механизмы и страховочные устройства, предотвращающие прогрессирующее обрушение рамы при запроектном воздействии на эту колонну, где 9 - пружины, 10 - упор, 11 - подвесы, 12 - ползуны, 13 - горизонтальные коротыши, 14 - разделительные угловые профили, 15 - ребра жесткости ригелей перекрытия, 16 - вращающиеся упоры, шарнирно связанные со страховочными пластинами 5, 17 - опорные столики, 18 - квадратные прутки; на фиг.3 - схема работы узла А при разрушении правого ригеля 3; на фиг.4 - схема узла А при разрушении средней колонны 2 первого этажа или ее просадке; на фиг.5 - узел соединения ригелей перекрытия с крайней колонной (узел Б), включающий механизм и страховочные устройства, предотвращающие обрушение конструкции перекрытия при разрушении этого ригеля; на фиг.6 - боковой вид узла Б; на фиг.7 - вид узла Б при разрушении ригеля перекрытия 3; на фиг.8 - узел В; на фиг.9 - узел Г; на фиг.10 - узел Д; на фиг.11 - узел Ж; на фиг.12 - боковой вид узла Ж; на фиг.13 - схема рамы при разрушении крайней колонны первого этажа; на фиг.14 - при разрушении крайней колонны второго этажа; на фиг.15 - при разрушении средней колонны первого этажа; здесь пунктиром показаны подкосы, которые будут разрушены при деформировании рамы; на фиг.16 - схема рамы при разрушении средней колонны второго этажа; на фиг.17 - при разрушении элемента нижнего пояса фермы; на фиг.18 - при разрушении ригеля перекрытия в середине пролета; на фиг.19 - при разрушении ригеля перекрытия в приопорной его части.

Рама состоит из жестко установленных на фундаменте крайних колонн 1 и средних колонн 2 (см. фиг 1). В уровне перекрытия и покрытия здания крайние колонны 1 связаны с фундаментом высокопрочными оттяжками 7. Ригели перекрытия 3 свободно установлены на опорные столики 17, соединенные с крайними и средними колоннами (см. фиг.2 и 5). Ферма 4 свободно опирается на крайние (см. фиг.9) и средние (см. фиг.8) колонны. В каждом пролете нижний пояс фермы связан в двух узлах Ж, (см. фиг.1, 11) высокопрочными канатами 8 с узлом Д (см. фиг.10). Каждый из узлов Ж расположен на расстоянии 0,3-0,4 длины пролета от ближайшей колонны.

Узлы соединения ригелей перекрытия с крайними и средними колоннами имеют страховочные устройства, включающие упоры 10, подкосы 6, ползуны 12, соединенные подвесами 11 с горизонтальными коротышами 13, и квадратные прутки 18, приваренные к нижним поясам ригелей 3, а средние колонны дополнительно имеют разделительные угловые профили 14 (см. фиг.2), страховочные пластины 5, пружины 9, ребра жесткости ригелей перекрытия 15 и вращающиеся упоры 16, шарнирно связанные со страховочными пластинами 5.

При разрушении крайней колонны 1 первого или второго этажа (см. фиг.1) вертикальные нагрузки, передававшиеся на эту колонну, воспринимаются фермой 4 (см. фиг.13, 14).

При разрушении любой из средних колонн 2 первого этажа (см. фиг.1) образуется кинематическая цепь, состоящая из страховочных пластин 5, пружин 9, ригелей 3, связанных с колонной, и подкосов 6. Перемещение цепи длится до момента полного сжатия пружин 9 и заклинивания ребер жесткости 15 ригелей перекрытия вращающимися упорами 16 (см. фиг.4). Если перемещения цепи окажутся большими, то пролетная часть фермы 4 и подкосы 6 разрушатся, при этом образуется конструктивная система, работающая с распором. Горизонтальные усилия распора воспринимаются смежными ригелями и передаются через высокопрочные оттяжки 7, соединяющие фундаменты с колоннами в уровне перекрытия, на фундамент (см. фиг.14, 17). При разрушении средней колонны второго этажа (см. фиг.16) вертикальная нагрузка, передавшаяся ранее на колонну, перераспределяется через ферму на соседние колонны.

При разрушении одного из ригелей перекрытия разъединенные части ригеля под действием нагрузок поворачиваются на опорном столике 17 (см. фиг.3 и фиг.7), при этом горизонтальные коротыши 13 освобождают подвесы 11, связанные с ползунами 12. Ползуны 12 под действием сил тяжести перемещаются до соприкосновения с упорами 10, при этом включаются в работу шарнирно связанные с ползунами и ригелями перекрытия 3 подкосы 6, которые воспринимают нагрузки, передаваемые на ригели перекрытия. Для исключения разрушения крепления подкосов к ригелям введены квадратные прутки 18. На средних колоннах 2 установлены распределительные угловые профили 14, выполняющие функции направляющих для ползунов 12.

При разрушении элемента нижнего пояса фермы покрытия обрушение покрытия предотвращается высокопрочными канатами 8, передающими нагрузку от покрытия в соответствующий узел Д фермы.

Анализ типовых конструкций рам металлических каркасов зданий [2] и предложенного решения позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая конструкция имеет повышенную живучесть. Это в значительной мере снижает риск прогрессирующего обрушения несущей системы в условиях возникновения запроектных воздействий.

Разработанную раму выполняют из сталей и сплавов, применяемых в строительстве, и монтируют известными приемами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Секулович М.И. Метод конечных элементов [Текст] / М.И.Секулович. - М.: Стройиздат, 1993. - 664 с.

2. Мельников Н.П. Металлические конструкции промышленных зданий и сооружений. Справочник проектировщика [Текст] / Н.П.Мельников, А.И.Бежевец, З.И.Брауде и др. - Владимир, 1962. - 591 с.

Изобретение относится к области строительства, в частности к многопролетной двухэтажной поперечной раме каркаса здания. Технический результат заключается в надежности рамы и предупреждении прогрессирующего обрушения здания. Рама включает крайние и средние колонны, жестко опирающиеся на фундамент, ригели перекрытия, ферму покрытия и узлы соединения ригелей и фермы с колоннами. Нижний пояс фермы связан высокопрочными канатами с расположенными в серединах пролетов узлами соединения раскосов. В пролете соединение нижнего пояса фермы и канатов выполнено в двух узлах. Каждый из узлов расположен на расстоянии 0,3-0,4 длины пролета от ближайшей колонны. Крайние и средние колонны снабжены опорными узлами ригелей, содержащими страховочные устройства, включающие подкосы, упоры, ползуны, подвесы и горизонтальные коротыши. Устройства опорных узлов ригелей на средних колоннах дополнительно снабжены страховочными пластинами, пружинами, разделительными угловыми профилями, ребрами жесткости ригелей и вращающимися упорами. 19 ил.

Многопролетная двухэтажная поперечная рама каркаса здания, включающая крайние и средние колонны, жестко опирающиеся на фундамент, ригели перекрытия, ферму покрытия и узлы соединения ригелей и фермы покрытия с колоннами, отличающаяся тем, что нижний пояс фермы покрытия связан с расположенными в серединах пролетов узлами соединения раскосов высокопрочными канатами, при этом в пролете соединение нижнего пояса фермы покрытия и канатов выполняется в двух узлах, каждый из которых расположен на расстоянии 0,3-0,4 длины пролета от ближайшей колонны, крайние колонны связаны с фундаментом высокопрочными оттяжками, крайние и средние колонны снабжены опорными узлами ригелей перекрытия, содержащими страховочные устройства, включающие подкосы, упоры, ползуны, подвесы и горизонтальные коротыши, а устройства опорных узлов ригелей перекрытия на средних колоннах дополнительно снабжены страховочными пластинами, пружинами, разделительными угловыми профилями, ребрами жесткости ригелей перекрытия и вращающимися упорами.