СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ СТАЛЬНЫХ ХОЛОДНОГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НА СУШЕ И ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК E04C3/07 

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций.

Одним из приоритетных направлений государственной политики является социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации, определяемая стратегия развития Арктической зоны РФ и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года. Цитируется по: URL: www.minregion.ru/upload/02_dtp/10100l_str.doc (дата обращения: 23.11.2014).

Актуальность разработок в донной области обусловлена необходимостью строительства объектов с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками не только на территории суши, но и на ледяных образованиях Арктической зоны РФ. Основополагающими требованиями к возведению таких объектов является простота, скорость сборки, общий вес объекта, а также высокие механические характеристики элементов конструкций. Поскольку архитектурно-планировочные решения для обеспечения внутреннего процесса в гражданских и военных объектах предполагают большие пролеты в зданиях и сооружениях, а Арктическая зона РФ характеризуется суровыми климатическими условиями - интенсивными ветровыми воздействиями, обильными снеговыми осадками и др., к элементам возводимых объектов предъявляются высокие требования статической, динамической прочности и устойчивости. Большой потенциал для строительства на вечномерзлых грунтах и ледяных образованиях имеет технология быстровозводимых зданий, сооружений с использованием легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), изготовленных по технологии холодного формирования профилей. Однако практика показывает, что прочностные и эксплуатационные характеристики известных конструктивных решений из ЛСТК, относительно не высокие. Основные проблемы развития этого направления связанны с ограниченностью известных технических решений и обоснованностью теорий расчета стержневых элементов, характеризующихся высокой деформативностью профилей.

Из уровня техники известны три основных способа изготовления и монтажа конструкций по степени завершенности (готовности) конструктивных элементов, см. Брудка Я., Лубиньски М. Легкие стальные конструкции. Изд. 2-е, доп. Пер. с польск. Под ред. С.С. Кармилова. М.: Стройиздат, 1974, Трофимов В.И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений (разработка конструкций, исследования, расчет, изготовление, монтаж): Учеб. пособ. - М.: АСВ, 2002. - 576 с.:

1. Сборка на строительной площадке - элементы здания доставляются на строительную площадку в виде нарезанных и замаркированных профилей. Бригада строителей производит на ровной поверхности "укрупнительную" сборку отправочных марок (стен, ферм, перегородок и т.д. После укрупнительной сборки элементы подаются на монтажное место вручную (без крана), закрепляются в проектное положение, утепляются при помощи минераловатных плит (или других эффективных утеплителей) и зашиваются изнутри листами гипсокартона. Окна и двери поставляются на стройплощадку отдельно и встраиваются в панели стен.

2. "Мини-завод" на строительной площадке. Элементы здания доставляются на строительную площадку в виде нарезанных и замаркированных профилей. На строительной площадке организовывается рабочий пост, оборудованный для предварительной укрупнительной сборки панелей и других элементов. Обычно это рабочее место оборудовано защитным тентом, электрическим освещением, оборудованием для склепывания профилей, инструментами для резки минплиты и гипсокартона. Одна бригада рабочих производит укрупнительную сборку элементов, утепляет панели стен, зашивает изнутри гипсокартон, вторая бригада при этом доставляет собранную панель к месту монтажа, поднимает деталь при помощи грузоподъемного механизма, закрепляет их в проектном положении и между собой. После установки стеновых панелей в них встраиваются окна и двери.

3. Полная заводская готовность панелей. Все нарезанные и замаркированные профили собираются в конструкцию стен (ферм и т.п.) на заводе с применением автоматического инструмента и в теплых условиях. Панели стен оборудуются окнами и дверями, внутрь панелей могут закладываться электрические кабеля, разводка низковольтного оборудования и т.п. Панели утепляются, на внутреннюю сторону прикрепляются листы гипсокартона. На наружную поверхность стен могут крепиться облицовочные панели, сайдинг, фасадные системы. На строительной площадке при помощи крана все элементы устанавливаются в проектное положение, закрепляются к фундаментам и между собой. Монтаж зданий очень быстрый, качество сборки панелей гарантировано технологией конвейерного "автомобильного" производства. Проблемы логистики, транспортировки, применения грузоподъемных механизмов должных быть учтены при строительном планировании.

Заявленный в изобретении способ может быть объединен или использоваться совместно с любым из известных способов возведения зданий и сооружений из ЛСТК.

Балочные элементы, полученные путем холодного загиба подвержены кручению, имеют низкие показатели жесткости и устойчивости, см. Серегин С.В. Влияние пластинчатых свойств тонкостенных стержней, смоделированных системой связанных пластин, на частоты и формы собственных колебаний // Вестник МГСУ. 2014. №3. - С. 92-98; Серегин С.В. О собственных крутильных колебаниях тонкостенных стержней открытого профиля // Известия высших учебных заведений: Строительство. 2014. №1. - С. 101-107; Рыбаков В.А. Основы строительной механики легких стальных тонкостенных конструкций: учеб. пособие - СПб.: Изд-во Политехи. Ун-та, 2011. - 207 с. и др. Однако суровые климатические условия этой зоны вынуждают обеспечивать высокие прочностные и эксплуатационные характеристики несущих конструкций зданий, сооружений при их относительно малом весе.

Задачей изобретения является создание способа возведения высокопрочных конструкций из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации.

Технический результат заключается в повышении прочностных и эксплуатационных характеристик стержней, уменьшении кручения в стержнях, увеличении несущей способности, жесткости, устойчивости, снижении веса, стоимости и расхода материала на изготовление стержневого элемента, в создании возможности варьирования механическими характеристиками стержневых элементов исходя из расчетных требований в рамках требований к унификации в строительстве, а также снижении веса, стоимости элемента и расхода материала на его изготовление за счет варьирования механическими характеристиками стержня и его элементов.

Конструкция изобретения приведена на чертеже, где:

1 - стержневой элемент;

2 - пластинчатый элемент;

3 - отверстия.

Способ возведения высокопрочных стержневых элементов из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации включает в себя применение стержневого элемента, который выполнен из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами. Таким образом, в работу стержня вступают элементы добавленных стержней и пластинчатые элементы, которые значительно повысят прочностные и эксплуатационные характеристики стержней, а именно: уменьшат кручение, увеличат несущую способность, жесткость и устойчивость.

Напряженно-деформируемое состояние стержней в значительной степени зависит от вида и места приложения нагрузки, вида сечения профилей, входящих в ее конструкцию, расстояния между ними, их ориентации относительно друг друга и способа крепления стержневых и пластинчатых элементов. Вариация возможности добавления или исключения из общей композиции стержня пластинчатых элементов, возможности использования различных профилей, их ориентации и расстояния их взаимного расположения относительно друг друга позволяют получить более точные механические характеристики стержневых элементов исходя из расчетных требований в рамках требований к унификации в строительстве, что приведет к снижению веса, стоимости элемента за счет возможности добавления или удаления пластинчатых элементов, расхода материала на изготовление стержневого элемента и снижению его стоимости за счет снижения расхода материала на его изготовление.

При креплении пластинчатого элемента в плоскости одного стержня пластинчатые элементы могут выступать в качестве дополнительной стенки, что приведет к повышению механических характеристик и создаст возможность варьирования ими (уменьшать или увеличивать) в рамках унификации размеров.

Толщины пластинчатых элементов могут быть различны и определяются расчетом в зависимости от требований к несущей способности, жесткости, устойчивости стержня. Данная вариация механическими характеристиками стержневых элементов также позволяет снизить вес, стоимость элемента и расход материала на его изготовление и создаст возможность варьирования ими в рамках требований к унификации размеров в строительстве.

Стержневые и/или пластинчатые элементы могут иметь перфорацию и/или отверстия одинаковой и/или различной геометрической формы. Пластинчатые элементы могут быть сплошными и/или прерывистыми вдоль длины стержня, то есть к стержням крепится не одна, а несколько пластин. Указанные отличительные признаки позволяют снизить вес, стоимость и расход материала на изготовление стержневого элемента.

Соединение стержней с пластинчатыми элементами может быть различным, например, сварным и/или заклепочным и/или винтовым способами, что также влияет на общую композицию стержневого элемента.

Общая композиция стержня, состоящая из перечисленных отличительных признаков, позволяет достичь синергетический эффект - взаимное усиление действия, направленное на достижение технического результата, то есть комбинация известных и/или отличительных признаков совместно дает больший эффект, чем сумма этих признаков по отдельности. Данный эффект обусловлен спецификой работы стержней и его отдельных элементов заявленного изобретения. Так, например, в случаях, когда ресурс несущей способности отдельного стержневого элемента или пластинчатого элемента стержня еще не исчерпан, общая композиция стержня или ее отдельные элементы теряют устойчивость. Вертикальные и горизонтальные пластинчатые элементы совместно обеспечивают геометрическую неизменяемость стержневого элемента, значительно уменьшают кручение в тонкостенных стержнях, что позволяет использовать максимальный ресурс несущей способности стержня. Таким образом совместная работа пластинчатых и стержневых элементов в предложенном изобретении позволяет достичь высокие механические характеристики, чем их использование по отдельности.

Способ возведения высокопрочных стержневых элементов из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации может использоваться в промышленном и гражданском строительстве.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Способ возведения высокопрочных стержневых элементов из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации включает применение стержневого элемента, состоящего из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и, или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и, или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным и, или заклепочным и, или винтовым способами. При этом стержневые и/или пластинчатые элементы могут иметь перфорацию и/или отверстия одинаковой и/или различной геометрической формы. Пластинчатые элементы могут быть сплошными и/или прерывистыми вдоль длины стержня. Технический результат состоит в повышении прочностных и эксплуатационных характеристик стержней, уменьшении кручения в стержнях, увеличении несущей способности, жесткости, устойчивости, снижении веса, стоимости и расхода материала на изготовление стержневого элемента, в создании возможности варьирования механическими характеристиками стержневых элементов исходя из расчетных требований в рамках требований к унификации в строительстве, а также снижении веса, стоимости элемента и расхода материала на его изготовление за счет варьирования механическими характеристиками стержня и его элементов. 1 ил.

Способ возведения высокопрочных стержневых элементов из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации, включающий применение стержневого элемента, состоящего из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным и/или заклепочным и/или винтовым способами, при этом стержневые и/или пластинчатые элементы могут иметь перфорацию и/или отверстия одинаковой и/или различной геометрической формы, а пластинчатые элементы могут быть сплошными и/или прерывистыми вдоль длины стержня.