покрытие из трехгранных ферм

Формула изобретения

Покрытие из трехгранных ферм, объединенных профнастилом, каждая из которых включает верхние коробчатые пояса пентагонального сечения, из жестко соединенных между собой швеллеров и уголков, нижний пояс, содержащий уголок, направленный обушком вверх, и раскосную решетку, прикрепленную к полкам поясных уголков, отличающееся тем, что нижний пояс снабжен швеллером, жестко соединенным с уголком и образующим с ним пентагональное сечение, при этом стенки швеллеров верхних и нижнего поясов размещены ортогонально.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным металлическим конструкциям, а более конкретно к несущим конструкциям покрытия производственных и общественных зданий, и может быть использовано для подвески технологических устройств, а также в качестве перекрытий, элементов комбинированных систем.

Известны устройства бесфасоночных покрытий из трехгранных ферм с поясами и наклонной решеткой из круглых труб [1]. По верхним поясам этих ферм уложены прогоны, на которые опираются ограждающие конструкции. Недостатком таких покрытий является большое количество прогонов и сложность выполнения пространственных узлов сопряжении труб, что ведет к повышенному расходу металла и трудоемкости изготовления. Известны также устройства беспрогонных покрытий из трехгранных ферм [2] с коробчатым сечением двух верхних поясов, образованных из состыкованных уголков и нижним поясом из одиночного уголка, к которым с помощью фасонок прикреплены раскосы. Недостатком таких покрытий является большое количество фасонок, необходимость делать вырезы в полках уголков для пропуска фасонок, что также ведет к повышенному расходу металла и трудоемкости изготовления.

Наиболее близким к заявляемому покрытию является складчатое покрытие из наклонных ферм [3]. Оно состоит из непрерывной системы плоских ферм, наклоненных под углом 45^o к вертикальной плоскости. Каждая смежная ферма имеет общий пояс: либо верхний, представляющий собой пятигранный профиль сечения, образованный из состыкованного швеллера и уголка; либо нижний, образованный из одиночного уголка, ориентированного обушком вверх. К поясам торцами приварены раскосы из одиночных уголков. Это позволяет реализовать беспрогонное и бесфасоночное решение кровельного покрытия и является экономичней аналогов. Однако конструкция такого покрытия вынуждает ориентировать пятигранный профиль сечения с горизонтально расположенной стенкой швеллера, что необходимо для образования складчатой системы. Анализ показывает, что при такой ориентации поясов на 25...45% снижается прочность сжато-изогнутого стержня верхнего пояса, т.к. момент сопротивления и радиус инерции сечения оказываются меньше, чем при ортогональной ориентации этого же сечения. Кроме того, непрерывная система складчатого покрытия требует большого количества наклонных ферм и необходимость выполнения вручную большого объема работ на строительной площадке по укрупнительной сборке конструкции. Раскосная решетка таких ферм слабо нагружена и имеет большой запас несущей способности, но без нее невозможно образовать конструктивную форму складчатого покрытия. Все это сопровождается повышенным расходом металла и большой трудоемкостью изготовления.

Задача изобретения состоит в том, чтобы снизить металлоемкость и трудоемкость изготовления покрытия при сохранении его несущей способности.

Задача решается следующим образом. В покрытии из трехгранных ферм, объединенных профнастилом, каждая из которых включает верхние коробчатые пояса пентагонального сечения из жестко соединенных между собой швеллеров и уголков, нижний пояс, содержащий уголок, направленный обушком вверх, и раскосную решетку, прикрепленную к полкам поясных уголков, согласно изобретению нижний пояс снабжен швеллером, жестко соединенным с уголком и образующий с ним пентагональное сечение; при этом стенки швеллеров верхних и нижнего пояса ориентированы ортогонально.

Таким образом, заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что:

- нижний пояс снабжен швеллером, жестко соединенным с уголком и образующим с ним пентагональное сечение;

- стенки швеллеров верхних и нижнего поясов распложены ортогонально.

Это говорит о "новизне" заявляемого устройства.

Так как нижний пояс выполнен из пентагонального сечения, а полки швеллеров верхних и нижнего пояса ориентированы ортогонально, это позволило увеличить площадь растянутого нижнего пояса с одновременным увеличением моментов сопротивления и радиусов инерции сжато-изогнутых верхних поясов, т.е. повысить несущую способность отдельной фермы. При этом большой запас несущей способности раскосной решетки уменьшится и она станет работать эффективней, что и позволило дискретизировать систему несущих конструкций покрытия из наклонных ферм. Благодаря качественному изменению конструктивной формы непрерывная складчатая система покрытия превратилась в блочную, состоящую из трехгранных ферм со свободным пространством между ними. Это позволяет существенно сократить количество элементов в покрытии, повысить несущую способность поясов конструкции за счет оптимальной ориентации их сечений и в совокупности существенно снизить трудоемкость изготовления, металлоемкость и стоимость.

Предлагаемая конструкция позволяет осуществить полное заводское изготовление и сборку трехгранной фермы, удобна при транспортировке и монтаже. Таким образом, при сохранении и соблюдении всех необходимых рабочих параметров заявляемая конструкция требует в сравнении с прототипом меньше металла, меньшего количества элементов, что в итоге приводит к снижению металлоемкости, трудоемкости и стоимости при сохранении несущей способности покрытия.

На фигуре 1 изображен общий вид покрытия из трехгранных ферм; на фигуре 2 изображен общий вид наклонной плоскости трехгранной фермы; на фигуре 3 - поперечный разрез трехгранной фермы.

Трехгранная ферма содержит два верхних пояса 1, нижний пояс 2 и раскосы 3. Верхний пояс 1 состоит из состыкованного швеллера и уголка при вертикальной ориентации стенки швеллера; нижний пояс 2 - то же при горизонтальной ориентации стенки швеллера; раскосы 3 - из одиночных уголков. Стержни раскосов 3 прикреплены торцами к полкам поясных уголков (фиг.3) посредством сварки. Верхние пояса трехгранных ферм в горизонтальной плоскости связаны сплошным профнастилом 4 (фиг.1), который завершает формирование покрытия из трехгранных ферм. Между смежными трехгранными фермами не требуется размещения элементов 2 и 3 (фиг.1); достаточно перекрыть это свободное пространство настилом 4.

Изготовление покрытия из трехгранных ферм производят следующим образом: швеллер и уголок стыкуют между собой продольными сварными швами и образуют элементы поясов 1 и 2 пятигранного профиля сечения. Два верхних пояса 1 устанавливают с вертикальной ориентацией стенки швеллера (как показано на фиг. 3); нижний пояс 2 - с горизонтальной ориентацией стенки швеллера. При этом полки швеллеров верхних поясов служат опорами для настила, а наклон плоскостей поясных уголков пятигранных профилей 1 и 2 соответствует требуемым плоскостям элементов раскосной решетки 3. Элементы раскосной решетки 3, выполненные из одиночных уголков, торцами приваривают к полкам поясных уголков соответственно верхнего 1 и нижнего 2 поясов. Образуется бесфасоночная пространственная трехгранная ферма полной заводской готовности. Эта ферма удобна при транспортировке: ее габариты и устройство позволяют перевозить одновременно несколько ферм за счет их укладки "елочкой" в транспортное средство. На монтажной площадке к верхним поясам пространственной фермы без прогонов устанавливается и крепится профнастил 4 и образуется трехгранный блок покрытия. Он устанавливается в проектное положение.

Следующий блок покрытия устанавливается так, что между ними образуется свободное пространство, не заполненное стержневыми элементами: достаточно перекрыть его лишь профнастилом 4, который одновременно совмещает несущие и ограждающие функции. Это позволяет сократить количество элементов в покрытии из трехгранных ферм, снизить металлоемкость, трудоемкость и стоимость. Конвейерная сборка и блочный монтаж дополнительно упрощают процесс изготовления и монтажа, делают его технологичным и менее трудоемким.

Покрытие из трехгранных ферм работает как пространственная стержневая система с неразрезными поясами и примыкающими раскосами. Верхний пояс 1 работает как сжато-изогнутый стержень. Максимальное значение изгибающего момента и радиуса инерции соответствует вертикальной плоскости, поэтому вертикальной ориентацией стенки швеллера достигается максимальное значение момента сопротивления и радиус инерции, которые определяют прочность при сжатии с изгибом, т.е. достигается максимальная несущая способность сжато-изогнутого пятигранного сечения, и оно работает с максимальной эффективностью. Нижний пояс 2 работает как растянутый стержень; примыкающие раскосы работают в условиях растяжения или сжатия. Профнастил работает на изгиб как однопролетная или многопролетная гофрированная пластина. Покрытие из трехгранных ферм отличается повышенной пространственной жесткостью как на стадии монтажа, так и в условиях эксплуатации и является индустриальной и технологичной конструктивной формой.

Источники информации

1. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. Специальный курс. - М.: 1982, с. 57...60.

2. Авт. св. СССР 1544921, М.кл. Е 04 С 3/04.

3. Свид. на полез модель 8716, МПК Е 04 С 3/04.