рама двухпролетного здания

Формула изобретения

Рама двухпролетного здания, оборудованного мостовыми кранами, содержащая центральную ступенчатую колонну, имеющую две ветви, соединенные решеткой, две ступенчатые крайние колонны, ригель покрытия и фонарь, расположенный над центральной колонной и перекрытый двухконсольной балкой, отличающаяся тем, что ветви центральной колонны и нижняя часть крайних колонн выполнены из трубобетонных элементов, овальных в сечении, с отношением большего диаметра к меньшему, равному трем, заполненных расширяющимся бетоном, верхняя часть крайних колонн и балка неразрезного ригеля выполнены из прокатных балок, с лотками в поясах, причем расстояние между трубобетонными ветвями верхней части центральной колонны равно 1/10...1/12 пролета рамы, ригель шарнирно соединен с крайними колоннами и трубобетонными ветвями верхней части центральной колонны, фундаменты-макрорегуляторы всех колонн рамы выполнены с соплами, заполненными балластом из сыпучего материала, пластифицированного глинистой пульпой, и оснащены грунтонасосами, управляющими креном и осадкой всех фундаментов-макрорегуляторов и колонн рамы, причем концы двухконсольной балки ригеля соединены подвесками с ригелем, подкрановые балки установлены на консоли центральной колонны с минимальным эксцентриситетом и зазором от грани ее верхней части, а на крайних колоннах - по центру тяжести сечения колонн.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлическим конструкциям преимущественно одноэтажных промышленных зданий.

Известны многопролетные рамы со ступенчатыми колоннами и фонарями посередине пролета здания, предназначенные для аэрации и освещения [1]. Ригели здания решетчатые, то есть фермы. Примем известное решение за аналог.

Недостатки аналога следующие:

- избыточная материалоемкость;

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

- статистические данные [2] показывают, что сжатые элементы решетчатых стальных конструкций обладают меньшими резервами надежности, чем растянутые;

- почти половина всех случаев обрушения каркасов промышленных зданий происходит из-за потери устойчивости решетчатых конструкций [2];

- статически определимая решетчатая конструкция достигает предельного состояния и обрушается при потере устойчивости одного из сжатых элементов!

Технический результат изобретения - управление креном и осадкой рамы двухпролетного здания, регулирование ее напряженного состояния и снижение ее материалоемкости и трудоемкости монтажа конструкций.

Технический результат достигается тем, что рама двухпролетного здания, оборудованного мостовыми кранами, содержит центральную ступенчатую колонну, имеющую две ветви, соединенные решеткой, две ступенчатые крайние колонны, ригель покрытия и фонарь, расположенный над центральной колонной и перекрытый двухконсольной балкой, при этом ветви центральной колонны и нижняя часть крайних колонн выполнены из трубобетонных элементов, овальных в сечении, с отношением большего диаметра к меньшему, равным трем, заполненных расширяющимся бетоном, верхняя часть крайних колонн и балка неразрезного ригеля выполнены из прокатных балок, с лотками в поясах, причем расстояние между трубобетонными ветвями верхней части центральной колонны равно 1/10...1/12 пролета рамы, ригель шарнирно соединен с крайними колоннами и трубобетонными ветвями верхней части центральной колонны, фундаменты-макрорегуляторы всех колонн рамы выполнены с соплами, заполненными балластом из сыпучего материала, пластифицированного глинистой пульпой, и оснащены грунтонасосами, управляющими креном и осадкой всех фундаментов-макрорегуляторов и колонн рамы, причем концы двухконсольной балки ригеля соединены подвесками с ригелем, подкрановые балки установлены на консоли центральной колонны с минимальным эксцентриситетом и зазором от грани ее верхней части, а на крайних колоннах - по центру тяжести сечения колонн.

Все колонны рамы трубобетонные из эллиптических в сечении труб [3] с отношением большего диаметра к меньшему диаметру, равным трем, плотно заполненные расширяющимся бетоном.

Балка неразрезная, трехпролетная, прокатная с лотками в поясах [4]. Причем расстояние между ветвями верхней части центральной колонны равно 1/10...1/12 от крайнего пролета рамы здания.

Неразрезная трехпролетная балка ригеля шарнирно соединена с крайними колоннами и ветвями верхней части центральной колонны и работает как трехпролетная балка с малым центральным пролетом, в три-пять раз более жестким, чем жесткость ее крайнего пролета.

Фундаменты-макрорегуляторы [5], [6], [7] всех колонн рамы выполнены с соплами, заполненными балластом из сыпучего материала, пластифицированного глинистой пульпой, и оснащены грунтонасосами [8], закачивающими пластифицированный балласт в сопла, и управляющими креном и осадкой всех фундаментов-макрорегуляторов и колонн рамы.

Фонарь здания, выполняющий светоаэрационные функции, помещен над центральной колонной и перекрыт двухконсольной балкой с лотками в поясах, причем концы ее консолей соединены подвесками с нижележащей трехпролетной балкой ригеля рамы и усиливают ее. При этом подкрановые балки установлены на центральной колонне с минимальным зазором от грани верхней части, а на крайних колоннах - по центру тяжести их нижнего сечения.

На фиг.1 показана рама двухпролетного здания; на фиг.2 - опорный узел 1 подкрановой балки на центральную колонну; на фиг.3 - опорный узел 2 подкрановой балки на крайнюю колонну; на фиг.4 - сечение А-А; на фиг.5 -сечение Б-Б; на фиг.6 - сечение В-В; на фиг.7 - узел жесткого сопряжения колонны с фундаментом-макрорегулятором.

Рама здания содержит две ступенчатые крайние колонны 1 со сплошным сечением верхней части из прокатных балок с лотками в поясах. Ступенчатая центральная колонна 2 решетчатая. Трехпролетная балка 3 рамы шарнирно соединена с крайними колоннами и с ветвями центральной колонны. Над центральной колонной 2 помещен фонарь 4, выполняющий светоаэрационные функции.

Нижние части крайних колонн 1 и ветви центральной колонны 2 выполнены из овальных в сечении труб, заполненных расширяющимся бетоном. Отношение большого габарита овала к маленькому равно трем.

Нижние части крайних колонн 1 наклонены к вертикали так, что с увеличением их высоты расстояние между центрами тяжести их сечений уменьшается. Верхние части крайних колонн 1 смещены наружу для обеспечения минимального зазора между их гранями и боковой поверхностью мостового крана. Подкрановая балка 5 установлена над центром тяжести нижней части крайней колонны 1, то есть без эксцентриситета.

Подкрановая балка 5 выполнена из прокатных лоткообразных профилей [3], соединенных друг с другом полыми заклепками с замыкающим сердечником.

Центральная колонна 2 доведена до двухконсольной прокатной балки фонаря с лотками в поясах. Ветви центральной колонны 2 соединены с трехпролетной балкой 3 рамы шарнирно. Концы двухконсольной балки фонаря соединены с нижележащей трехпролетной балкой 3 вертикальными подвесками 7 и наклонными растянутыми раскосами 8. Поэтому конструкции фонаря включены в работу трехпролетной балки 3 рамы и укрепляют ее середину.

Подкрановые балки 9 установлены на консолях центральной колонн 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 нижних частей крайних колонн относительно вертикали определяют расчетом.

Угол назначен таким, чтобы величина изгибающего момента, возникающего в узле сопряжения крайней колонны с фундаментом-макрорегулятором, стала минимальной, а следовательно, и усилия в анкерных болтах стали минимальными.

Способ преднапряжения рамы заключается в следующем.

Монтируют фундаменты-макрорегуляторы, а затем безвыверочным способом центральную колонну 2 и крайние колонны 1. Безвыверочно монтируют трехпролетную балку 3 и шарнирно соединяют ее с крайними колоннами и ветвями центральной колонны. Монтируют конструкции фонаря и соединяют концы двухконсольной балки фонаря подвесками 7 с нижележащими трехпролетной балкой 3 и растянутыми раскосами 8 центральной колонны 2 с этой же трехпролетной балкой 3. Этим жесткость и прочность средней части трехпролетной балки 3 значительно повышена.

Рассчитывают требуемую величину поддомкрачивания центральной колонны 2 для создания требуемой величины отрицательных опорных моментов в зоне малого центрального пролета трехпролетной неразрезной балки 3 и уменьшения положительных пролетных моментов.

Оснащают фундаменты-макрорегуляторы центральной колонны рамы грунтонасосами с домкратами-пульсаторами, включают домкраты-пульсаторы и грунтонасосом [8] закачивают в сопла фундамента-макрорегулятора центральной колонны рабочее тело из сыпучего материала, пластифицированного глинистой пульпой, и выдавливают фундамент из грунта вверх на расчетную величину [6].

Напрягают всю систему рамы, увеличивают опорные моменты по модулю в трехпролетной балке над ветвями центральной колонны и уменьшают пролетные моменты в крайних пролетах трехпролетной балки и уменьшают этим материалоемкость ее и рамы двухпролетного здания.

Созданным благоприятным напряженным состоянием компенсируют избыточные напряжения от внешней нагрузки и этим снижают материалоемкость рамы.

Сопоставление с аналогом показывает следующие существенные технические отличия:

- балка неразрезная, трехпролетная, прокатная с лотками в поясах, причем средний пролет балки равен 1/10...1/12 от ее крайнего пролета; поэтому надежность такой неразрезной трехпролетной балки по сравнению с решетчатой конструкцией (фермой) повышена в несколько раз;

- ветви колонны из трубобетонных элементов, овальных в сечении, с отношением большего диаметра к меньшему диаметру, равным трем, и плотно заполненные расширяющимся бетоном, что в несколько раз повышает их огнестойкость;

- верхняя часть крайних колонн сделана из прокатных балок с лотками в поясах, что снижает их материалоемкость на 25...30% по отношению к обычным двутаврам;

- фонари помещены над центральной колонной, поэтому конструкции фонаря эффективно работают в раме здания и усиляют ее;

- фундаменты-макрорегуляторы регулируют напряженное состояние двухпролетной рамы и преднапрягают всю систему;

- подкрановые балки закреплены на колоннах с минимальным эксцентриситетом и этим уменьшены сосредоточенные моменты, передаваемые на консоли рамы. Это приводит к снижению материалоемкости каркаса;

- крайние колонны рамы смонтированы с расчетным углом к вертикали, и этим моменты, возникающие в сопряжении крайней колонны с фундаментом-макрорегулятором, снижены до минимума. Это также приводит к снижению материалоемкости каркаса.

Экономический эффект возник из-за следующего:

- эффективной работы трехпролетной неразрезной балки ригеля с лотками в поясах;

- управления напряженным состоянием двухпролетной рамы и снижения ее материалоемкости;

- включения в работу рамы конструкций фонаря;

- преднапряжения системы рамы, управлением осадкой и креном фундаментами-макрорегуляторами с реактивными двигателями;

- выгодной работы двухконсольной балки фонаря и включения ее в работу трехпролетной балки рамы;

минимизации внешних сосредоточенных крутящих моментов, возникающих в опорных узлах на консолях колонн, приводящей к снижению материалоемкости рамы;

- минимизации сосредоточенных моментов, возникающих в узлах сопряжения крайних колонн с фундаментами-макрорегуляторами;

- минимизация достигнута расчетным углом наклона нижней части крайней колонны к вертикали;

- лучшим использованием объема здания, рациональным размещением фонарной конструкции;

- снижения трудоемкости и изготовления и монтажа конструкций рамы, так как применены прокатные овальные в сечении трубчатые профили и прокатные двутавровые профили с лотками в полках.

Список литературы

1. Под редакцией М.П.Мельникова. Справочник проектировщика. 2 издание, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1980 (776 стр.).

2. Беляев Б.И., Карниенко B.C. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968.

3. К.К. Нежданов и др. Патент России №2192381 "Рельсобалочная конструкция", бюл. №31, 10.11.2002 г.

4. К.К. Нежданов и др. Патент России №2227069 "Прокатная балка", бюл. №11, 20.04.2004 г.

5. К.К. Нежданов и др. Патент России №2230157 "Способ управления осадкой осевшего фундамента", бюл. №16, 10.06.2004 г.

6. К.К. Нежданов и др. Патент России №2211288 "Способ управления креном и осадкой массивного сооружения", бюл. №24, 7.08.2003 г.

7. К.К. Нежданов и др. Патент России №2225480 "Фундамент для внецентренно нагруженной колонны", бюл. №7, 10.03.2004 г.

8. К.К.Нежданов и др. Патент России №2228408 "Грунтонасос", бюл. №13, 10.05.2004 г.