способ управления напряженным состоянием рамы двухпролетного здания фундаментами с реактивным двигателем

Формула изобретения

Способ управления осадкой и креном рамы двухпролетного здания, оборудованного мостовыми кранами, включающий монтаж безвыверочным способом центральной и крайних колонн с образованием рамы двухпролетного здания, при этом центральную колонну выполняют ступенчатой с двумя ветвями, которые соединяют решеткой, крайние колонны также выполняют ступенчатыми, ригель покрытия, выполненный неразрезным из прокатной балки с лотками в поясах, шарнирно соединяют с крайними колоннами и ветвями верхней части центральной колонны, образуя трехпролетную конструкцию с малым центральным пролетом, над центральной колонной располагают фонарь, перекрытый двухконсольной балкой, которую соединяют с нижележащим ригелем вертикальными подвесками и наклонными растянутыми раскосами, причем ветви центральной колонны и нижнюю часть крайних колонн выполняют из овальных в сечении труб с отношением большего диаметра к меньшему, равным трем, которые плотно заполняют расширяющимся бетоном, самонапрягающимся при расширении, расстояние между ветвями верхней части центральной колонны выполняют равным 1/10...1/12 пролета рамы, подкрановые балки устанавливают на консоли центральной колонны с минимальным эксцентриситетом и зазором от грани ее верхней части, а на крайних колоннах - по центру тяжести сечения колонн, фундаменты-макрорегуляторы всех колонн рамы выполняют с соплами для заполнения рабочим телом из сыпучего материала, пластифицированного глинистой пульпой, и оснащают грунтонасосами с домкратами импульсного действия для управления креном и осадкой всех фундаментов-макрорегуляторов и колонн рамы, включают домкраты импульсного действия грунтонасосов фундаментов-макрорегуляторов всех колонн рамы, с помощью которых порциями закачивают в сопла фундаментов-макрорегуляторов центральной колонны пластифицированное рабочее тело, создавая реактивную тягу, вверх выдавливают и выдергивают фундаменты-макрорегуляторы из грунта для напряжения рамы, увеличения опорных моментов в ригеле над ветвями центральной колонны и уменьшения пролетных моментов в его крайних пролетах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлическим конструкциям, преимущественно промышленных одноэтажных зданий.

Известны многопролетные рамы со ступенчатыми колоннами и фонарями по середине пролета здания, предназначенные для аэрации и освещения [1, с.114, рис.6.2.].

Недостатки известного решения следующие:

- чувствительность рам зданий к неравномерной осадке ввиду их статической неопределимости;

- недостаточная надежность рам одноэтажных зданий особенно с решетчатыми ригелями;

- обрушение каркаса здания происходит в 45...50% случаев из-за обрушения решетчатого ригеля [2, с.198], [3, с.5, рис.1], [4, с.113, рис.58];

- избыточная материалоемкость;

- сложность узлов сопряжения конструкций, вызывающая избыточную трудоемкость и исключающая безвыверочный монтаж конструкций с первой попытки.

Известны также технические решения управления осадкой и креном фундаментов, являющихся макрорегуляторами [5], [6], [7], [8].

В качестве наиболее близкого аналога примем способ восстановления проектного положения фундамента после его неравномерной осадки и крена, разработанный Неждановым К.К. и др. «Фундамент для внецентренно нагруженной колонны» [7, RU 2225480, С2, Е02D 27/00, 27/50. 10.03.2004].

Используем эти известные технические решения.

Техническая задача изобретения - управление и оптимизация напряженного состояния рамы двухпролетного здания посредством управления креном и осадкой фундаментов-макрорегуляторов с реактивным двигателем и повышение ее надежности, снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа и обслуживания конструкций.

Способ управления осадкой и креном рамы двухпролетного здания, оборудованного мостовыми кранами, реализуют следующим образом. Безвыверочным способом монтируют центральную и крайнюю колонны с образованием рамы двухпролетного здания.

При этом центральную колонну выполняют ступенчатой с двумя ветвями, которые соединяют решеткой. Крайние колонны также выполняют ступенчатыми.

Ригель покрытия выполнен неразрезным из прокатной балки с лотками в поясах [9]. Шарнирно соединяют его с крайними колоннами и ветвями верхней части центральной колонны, образуя трехпролетную конструкцию с малым центральным пролетом.

Над центральной колонной располагают фонарь, перекрытый двухконсольной балкой, которую соединяют с нижележащим ригелем вертикальными подвесками и наклонными растянутыми раскосами.

Причем ветви центральной колонны и нижнюю часть крайних колонн выполняют из овальных в сечении труб с отношением большего диаметра к меньшему диаметру, равным трем, которые плотно заполняют расширяющимся бетоном, самонапрягающимся при расширении [8]. Расстояние между ветвями верхней части центральной колонны выполняют равным 1/10...1/12 пролета рамы.

Подкрановые балки устанавливают на консоли центральной колонны с минимальным эксцентриситетом и зазором от грани ее верхней части, а на крайних колоннах - по центру тяжести сечения колонн.

Фундаменты-макрорегуляторы [5, 6, 7, 8] всех колонн рамы выполняют с соплами для заполнения рабочим телом из сыпучего материала, пластифицированного глинистой пульпой, и оснащают грунтонасосами с домкратами импульсного действия.

Для управления креном и осадкой всех фундаментов-макрорегуляторов и колонн рамы включают домкраты импульсного действия грунтонасосов фундаментов-макрорегуляторов всех колонн рамы, с помощью которых порциями закачивают в сопла фундаментов-макрорегуляторов центральной колонны пластифицированное рабочее тело, создавая реактивную тягу, вверх.

Выдавливают и выдергивают фундаменты-макрорегуляторы из грунта для напряжения рамы, увеличения опорных моментов в ригеле над ветвями центральной колонны и уменьшения пролетных моментов в его крайних пролетах. Уменьшают этим материалоемкость ригеля и двухпролетной рамы.

Рассчитывают ригель рамы, определяют расчетную величину и выдавливают и выдергивают фундаменты-макрорегуляторы из грунта вверх на расчетную величину .

Малый центральным пролет неразрезного трехпролетного ригеля в три пять раз более жесткий, чем жесткость его крайних пролетов.

Грунтонасосы порциями закачивают в сопла фундамента-макрорегулятора центральной колонны пластифицированное рабочее тело, создают реактивную тягу вверх, управляют креном и осадкой всех колонн рамы.

Фундаменты-макрорегуляторы перемещают центральную колонну из грунта вверх на расчетную величину , увеличивают опорные моменты в ригеле над ветвями центральной колонны и уменьшают пролетные моменты в его крайних пролетах и уменьшают этим материалоемкость ригеля и двухпролетной рамы.

Установка подкрановых балок с минимальным эксцентриситетом приводит к уменьшению материалоемкости. Минимальный эксцентриситет обеспечивают минимальным зазором между выступающей сбоку частью мостового крана и гранью колонны, равным по нормам 60 мм.

Грунтонасосами закачивают в сопла фундаментов-макрорегуляторов центральных колонн рабочее тело. Рабочее тело вытекает из сопел и упрочняет грунтовое основание,

Технический результат изобретения - повышение надежности сооружения, снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа и обслуживания конструкций.

На фиг.1 показана рама двухпролетного здания; на фиг.2 - опорный узел подкрановой балки на крайнюю колонну; на фиг.3 - опорный узел подкрановой балки на центральную колонну.

Рама здания содержит две ступенчатые крайние колонны 1 сплошного сечения, ступенчатую центральную колонну 2 решетчатую из овальных в сечении труб. Ригель 3 соединен со всеми колоннами. Над центральной колонной 2 помещен фонарь 4, выполняющий светоаэрационные функции. Нижняя часть крайних колонн 1 наклонена под расчетным углом к вертикали.

Верхняя часть крайней колонны 1 смещена наружу для обеспечения зазора между ее гранью и боковой поверхностью мостового крана. Подкрановая балка 5 установлена над центром тяжести нижней части крайней колонны 1, то есть без эксцентриситета.

Центральная колонна 2 доведена до двухконсольной балки фонаря. Оголовки ветвей центральной колонны 2 соединены с ригелем 3. Концы двухконсольной балки фонаря соединены с нижележащим ригелем 3 вертикальными подвесками 7 и наклонными растянутыми раскосами 8.

Подкрановые балки 9 установлены на консолях центральной колонны 2 с минимальным эксцентриситетом, то есть так, чтобы между выступающей в сторону центральной колонны боковой гранью крана и этой колонной был обеспечен минимально допустимый зазор.

Угол наклона нижней части крайней колонны относительно вертикали определяют расчетом.

Угол назначен таким, чтобы величины изгибающих моментов, возникающих в узле сопряжения крайней колонны с фундаментом-макрорегулятором, стали минимальными, а следовательно, и усилия в анкерных болтах стали минимальными.

Способ управления предварительно напряженным состоянием рамы заключается в следующем.

Монтируют безвыверочным способом [2] центральную колонну 2 и крайние колонны 1 и соединяют их с ригелем 3. Соединяют концы двухконсольной балки фонаря подвесками 7 с нижележащим ригелем рамы и растянутыми раскосами 8 соединяют центральную колонну 2 с этим же ригелем. Этим жесткость и прочность средней части ригеля 3 повышена.

Оснащают фундаменты-макрорегуляторы всех колонн рамы грунтонасосами [10] с домкратами, рассчитывают ригель с малым центральным пролетом, в три пять раз более жестким, чем жесткость крайнего пролета его.

Включают домкраты грунтонасосов и импульсно закачивают в сопла фундаментов-макрорегуляторов центральных колонн сыпучий заполнитель,

создают реактивную тягу, направленную вверх и выдавливают фундаменты-макрорегуляторы из грунта на расчетную величину .

Напрягают всю систему рамы реактивной тягой двигателей фундаментов-макрорегуляторов, увеличивают опорные моменты в ригеле над ветвями центральной колонны и уменьшают пролетные моменты в его крайних пролетах. Преднапрягают раму здания и создают благоприятное напряженное состояние, компенсирующее избыточные напряжения от внешней нагрузки, и этим обеспечивают снижение материалоемкости ригеля и рамы двухпролетного здания.

Таким образом, разработанная рама с регулируемыми внутренними усилиями обеспечивает снижение материалоемкости на 10...12%.

Сопоставление с аналогом показывает следующие существенные технические отличия:

- фундаменты-макрорегуляторы оснащены реактивными двигателями, создающими реактивную тягу вверх;

- сыпучий заполнитель закачивают грунтонасосы [10] домкратами импульсного действия [11] в сопла фундаментов-макрорегуляторов центральных колонн, создают реактивную тягу, выдавливающую фундаменты-макрорегуляторы из грунта вверх на расчетную величину ;

- фундаменты-макрорегуляторы с реактивными двигателями осуществляют предварительное напряжение всей системы рамы;

- фонари помещены над центральной колонной, что позволило включить металл конструкций фонаря в эффективную работу рамы здания как единого целого;

- подкрановые балки на колоннах поставлены с минимально возможными эксцентриситетами и этим уменьшены сосредоточенные моменты, передаваемые на раму;

- крайние колонны рамы смонтированы с расчетным углом к вертикали и этим обеспечена минимизация моментов, возникающих в сопряжении крайних колонн с фундаментом-макрорегулятором.

Экономический эффект возник из-за следующего:

- в несколько раз повышена надежность всей рамы, так как ригель ее выполнен из прокатных балок с лотками в поясах, цельных, неразрезных;

- конструкции фонаря включены в работу рамы;

- реактивные двигатели фундаментов-макрорегуляторов регулируют напряжения в системе рамы и этим оптимизируют ее напряженное состояние и обеспечивают выгодную работу рамы и ее ригеля, усиленного двухконсольной балкой фонаря;

- сосредоточенные моменты в узлах опирания подкрановых балок на консоли колонн минимизированы;

- сосредоточенные моменты, возникающие в узлах сопряжения крайних колонн с фундаментами-макрорегуляторами, также минимизированы; минимизация достигнута расчетным углом наклона нижней части крайней колонны к вертикали.

- рациональное размещение фонарной конструкции позволило лучше использовать объем здания.

Номера элементов

1. Ступенчатые крайние колонны 1 сплошного сечения.

2. Ступенчатые центральные колонны 2 решетчатые из овальных сечений труб.

3. Ригель 3 соединен со всеми колоннами.

4. Фонарь 4 помещен над центральной колонной 2, имеет двухконсольную балку фонаря.

5. Подкрановая балка 5 установлена над центром тяжести нижней части крайней колонны 1.

6. Верхняя часть 6 центральной колонны 2.

7. Вертикальные подвески 7, соединяющие концы 6 двухконсольной балки с нижележащим ригелем 3.

8. Наклонные растянутые раскосы 8.

9. Подкрановые балки 9, установленные на ступенчатые центральнык колонны 2.

Список литературы

1. Металлические конструкции. Ред. Н.П.Мельников. - 2-е изд., переработанное и доп. - М.: Стройиздат, 1980 г.

2. Беляев Б.И., B.C.Корниенко «Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения». М.: «Издательство литературы по строительству», 1968 г.

3. М.М.Сахновский, А.М.Титов «Уроки аварий стальных конструкций». Киев: «Издательство Будивельник», 1969 г.

4. А.Н.Шкинев «Аварии на строительных объектах, их причины и способы предупреждения и ликвидации».

5. Нежданов К.К. и др. патент России №2230157 «Способ управления осадкой осевшего фундамента», Бюл. №16, 10.06.2004.

6. Нежданов К.К. и др. патент России №2211288 «Способ управления креном и осадкой массивного сооружения», Бюл. №24, 27.08.2003.

7. Нежданов К.К. и др. патент России №2225480 «Фундамент для внецентренно нагруженной колонны», Бюл. №7, 10.03.2004.

8. Нежданов К.К. и др. патент России №2228408 «Грунтонасос», Бюл №13, 10.05.2004.

9. «Большой энциклопедический словарь». Главный редактор А.М.Прохоров, изд. переработанное и доп. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1998 г.

10. Нежданов К.К. и др. патент России №2192381 «Рельсобалочная конструкция», Бюл. №31, 10.11.2002.

11. Нежданов К.К. и др. патент России №2227069 «Прокатная балка», Бюл. №11, 20.04.2004.