каркас сооружения

Формула изобретения

1.Каркас сооружения, включающий фундаменты, стойки и ригели с фасонками, шарниры в узлах соединения стоек с фундаментами и ригелями, часть которых выполнена в виде пластин и соединяющих их опорных пальцев, и болты, отличающийся тем, что все шарниры выполнены из пластин и опорных пальцев, а их пластины установлены на фундаментах и торцах стоек и ригелей, причем стойки и ригели выполнены трубчатыми, а фасонки расположены на расстоянии от узлов соединения стоек и ригелей, при этом каркас снабжен энергопоглощающими устройствами, установленными между фасонками стоек и ригелей и соединенными с ними болтами.

2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что каждое энергопоглощающее устройство выполнено в виде нижнего и верхнего опорных столиков из швеллеров, первый из которых прикреплен к фасонке стойки, а второй к фасонке ригеля, блока из податливого материала с вертикальными каналами, установленного между верхним и нижним опорными столиками, и пружин, размещенных в каналах блока и закрепленных верхним концом на верхнем опорном столике, а нижним концом на нижнем опорном столике посредством опорных дисков, шайб и гаек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства наземных и заглубленных сооружений и может быть использовано при возведении наземных и заглубленных сооружений в районах, где существует опасность воздействия взрывов.

Известен металлический каркас одноэтажного здания в виде однопролетной рамы, стойки и ригель которой выполнены из двутавровых балок. Соединения стоек с ригелем жесткое, а с фундаментами шарнирное (с. 80 85) [1] Кроме того, известен металлический каркас в виде однопролетной рамы, стойки и ригель которой образованы двумя швеллерами, перекрытыми с двух сторон металлическими листами, гофрированными в продольном направлении. Элементы рамы стыкуются друг с другом посредством фланцев на высокопрочных болтах. Соединение стоек с фундаментом шарнирное (рис. 8, 9) [2] Недостатком подобных каркасов является низкая несущая способность при воздействии воздушной ударной волны или волны сжатия на здания или сооружения, а также их разрушение при сверхрасчетном воздействии и невозможность дальнейшей нормальной эксплуатации после воздействия.

Повышение несущей способности указанных каркасов возможно путем устройства подкосов в узлах соединения стоек с ригелем. В этом случае каркас сооружения содержит металлические стойки и ригель из прокатного профиля. Соединение стоек с ригелем жесткое и осуществляется за счет крепления болтами в узлах и подкосами на некотором удалении от узла, а с фундаментом шарнирное (рис. с. 215) [3] Недостатками таких каркасов являются их разрушение при сверхрасчетном воздействии и невозможность нормальной дальнейшей эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению является каркас сооружения, содержащий фундаменты, стойки и ригели с фасонками, шарниры в узлах соединения стоек с фундаментами и ригелями, часть которых выполнена в виде пластин и соединяющих их опорных пальцев, и болты [4] Данный каркас сооружения принят за прототип, прототип является базовым объектом. Недостатками этого каркаса являются разрушение при сверхрасчетном воздействии взрыва и невозможность нормальной дальнейшей эксплуатации.

Цель изобретения обеспечение неразрушаемости каркаса при сверхрасчетном воздействии взрыва и возможность нормальной эксплуатации после воздействия.

Указанная цель достигается тем, что все шарниры выполнены из пластин и опорных пальцев, а их пластины установлены на фундаментах и торцах стоек и ригелей, причем стойки и ригели выполнены трубчатыми, а фаски расположены на расстоянии от узлов соединения стоек и ригелей, при этом каркас снабжен энергопоглощающими устройствами, установленными между фасонками стоек и ригелей и соединенными с ними болтами.

Каждое энергопоглощающее устройство выполнено в виде нижнего и верхнего опорных столиков из швеллеров, первый из которых прикреплен к фасонке стойки, а второй к фасонке ригеля, блока из податливого материала с вертикальными каналами, установленного между верхним и нижним опорными столиками, и пружин, размещенных в каналах блока и закрепленных верхним концом на верхнем опорном столике, а нижним концом на нижнем опорном столике посредством опорных дисков, шайб и гаек.

Предлагаемый каркас сооружения представлен на фиг. 1 5. Он состоит из фундаментных плит 1, трубчатых стоек с пластинами на концах 2, трубчатого ригеля с пластинами на концах 3, опорных пальцев 4, фасонок 5, энергопоглощающих устройств 6 и соединительных болтов 14.

Энергопоглощающие устройства 6 состоят из нижнего опорного столика из швеллеров 7, верхнего опорного столика из швеллеров 8, пружин 9, опорных дисков 10, шайб 11, гаек 12, блока из податливого материала с вертикальными каналами 13 и соединительных болтов 14.

Каркас сооружения установлен на основание 15.

Каркас сооружения фундаментирует следующим образом: воздушная ударная волна, воздействующая на здание или сооружение, вызывает деформацию и перемещение каркаса. При этом вначале воздействие от воздушной ударной волны или волны сжатия передается на одну из трубчатых стоек 2 (в зависимости от направления воздействия) и вызывает смещение верха всего каркаса в направлении воздействия. Смещение верха всего каркаса происходит благодаря повороту стоек 2 относительно фундаментных плит 1, а также относительно трубчатого ригеля 3, за счет шарнирного соединения стоек 2 с ригелем 3 и фундаментными плитами 1 посредством опорных пальцев 4. При перемещении верха каркаса включаются в работу энергопоглощающие устройства 6, прикрепленные к фасонкам 5 посредством соединительных болтов 14. При увеличении угла раскрытия (с фронтальной стороны здания) между трубчатой стойкой 2 и трубчатым ригелем 3 энергопоглощающее устройство 6 функционирует следующим образом: воздействие передается на пружину 9, которые растягиваются за счет раздвижки между нижним опорным столиком из швеллеров 7 и верхним опорным столиком из швеллеров 8. Одновременно с этим при уменьшении угла раскрытия (с тыльной стороны здания или сооружения) воздействие передается на блок из податливого материала 13, вызывая его сжатие за счет сближения нижнего опорного столика 7 и верхнего опорного столика 8. В этом случае пружины 9 в работу не включаются, за счет их свободного перемещения вниз через каналы блока 13 и отверстия в стенке швеллера нижнего опорного столика 7. В энергопоглощающем устройстве 6 пружины 9 одностороннего действия, в результате чего они подвержены только растяжению. В результате этого уменьшается амплитуда действующего избыточного давления отражения за счет общей податливости каркаса сооружения или здания. При этом происходит нарушение режимов дифракции и обтекания, что не позволяет сформироваться интенсивной динамической нагрузке отражения на стены зданий и сооружений. Наибольшее избыточное давление отражения наблюдается при режиме дифракции на неподвижных жестких преградах установленных вертикально.

Таким образом, техническое решение каркаса сооружения обеспечивает наразрушаемость каркаса при сверхрасчетном воздействии взрыва и возможность нормальной эксплуатации здания или сооружения после воздействия.