БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ЗДАНИЕ

БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ЗДАНИЕ


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2334852 (13) C1

(51) МПК
E04H 3/10 (2006.01)
E04B 7/14 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 19.01.2009 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2007111429/03 
(22) Дата подачи заявки: 2007.03.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2007.03.28 
(45) Опубликовано: 2008.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2288332 C1, 27.11.2006. RU 2191238 C1, 20.10.2002. US 5622013 A, 22.04.1997. КИРСАНОВ Н.М. Висячие и вантовые конструкции. Москва. Стройиздат, 1981, с.8, 15, рис.6. 
(72) Автор(ы): Коробко Виктор Иванович (RU); Коробко Андрей Викторович (RU); Алдушкин Роман Владимирович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) 
Адрес для переписки: 302020, г.Орел, Наугорское ш., 29, ОрелГТУ 

(54) БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ЗДАНИЕ

Изобретение относится к области строительства, в частности к большепролетному зданию. Технический результат заключается в снижении материалоемкости колонн. Большепролетное здание содержит жестко защемленные в фундаменте колонны, несущие предварительно напряженные и ограждающие конструкции покрытия. Нагрузка от покрытия передается на колонны. Колонны выполнены наклонными в виде двух пересекающихся в верхней части ветвей. Угол наклона каждой ветви к горизонту определен из условия совпадения направлений равнодействующей от внешней нагрузки, усилий преднапряжения и самонапряжения в элементах несущих конструкций покрытия с реакцией в ветви колонны. Наклон внутренней ветви колонны определен от действия минимально возможной внешней нагрузки от покрытия. Наклон внешней ветви колонны определен от действия максимально возможной внешней нагрузки от покрытия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области строительства и предназначено преимущественно для использования в качестве зданий спортивного и зрелищного назначения.

Известно большепролетное здание [1, с.79-86 (рисунки 4.14 и 4.15)], включающее колонны, закрепленные жестко в фундаменте и работающие по схеме центрально нагруженных элементов, на которые установлены фермы большого пролета, являющиеся внешне статически определимыми.

Недостаток такого здания заключается в том, что с возрастанием пролета ферм существенно увеличивается их высота и вес.

Известно также большепролетное здание [1, с.241 (рис.13.1, схема «б»], включающее колонны, закрепленные жестко в фундаменте и работающие как внецентренно сжатые элементы, на которые установлены фермы большого пролета, соединенные с колоннами или жестко, или шарнирно неподвижно, либо на них закреплены вантовые системы.

Такая схема компоновки поперечника здания позволяет перекрывать при одинаковом расходе материала пролеты, большие, чем в первом аналоге. Однако при дальнейшем увеличении пролета здания в колоннах возникают большие изгибающие моменты, что приводит к существенному развитию поперечного сечения колонн, или к конструированию специальной опорной конструкции, способной воспринять большую часть горизонтальных усилий, приходящихся на оголовок колонн.

Известно также большепролетное здание, принятое в качестве прототипа, в котором вместо фермы используется вантово-стержневая система [2]. Несущие тросы этой системы соединены с колоннами шарнирно-неподвижно.

Недостатком такого здания является возникновение в колоннах больших изгибающих моментов от усилия преднапряжения и самонапряжения несущего троса.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении материалоемкости колонн.

Это достигается тем, что в большепролетном здании, содержащем жестко защемленные в фундаменте колонны, а также несущие (в том числе предварительно напряженные) и ограждающие конструкции покрытия, нагрузка от которого передается на колонны, последние выполнены наклонными в виде двух пересекающихся в верхней части ветвей, угол наклона каждой ветви к горизонту определен из условия совпадения направлений равнодействующей от внешней нагрузки, усилий преднапряжения и самонапряжения в элементах несущих конструкций покрытия с реакцией в ветви колонны, при этом наклон внутренней ветви колонны определен от действия минимально возможной внешней нагрузки от покрытия, а наклон внешней ветви - от действия максимально возможной внешней нагрузки. Для выбора рационального соотношения углов наклона ветвей колонны к горизонту можно варьировать длиной пролета здания и внешней нагрузкой от собственного веса конструкций покрытия, включая и вес инженерно-технологического подвесного оборудования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, предсталенными на фигурах 1...3:

На фиг.1 изображена поперечная схема большепролетного здания с вантово-стержневой системой покрытия пролетом 42 м. Большепролетное здание включает: наклонные двухветвевые колонны треугольной формы 1, вантово-стержневую систему, состоящую из раскосной фермы балочного типа 2 с полигональными поясами несущего предварительно напряженного троса 3, расположенного вдоль нижнего пояса фермы 2 и закрепленного шарнирно неподвижными опорами 4 с оголовком колонн 1 совместно с фермой 2. Поверх фермы расположены ограждающие конструкции покрытия (панели покрытия) 5.

На фиг.2 представлена система нагрузок, приходящихся на оголовок колонны: Р - внешняя нагрузка, включающая в себя собственный вес конструкций покрытия и временную длительно действующую нагрузку от веса подвесного потолка и инженерно-технологических систем Р0, и снеговую нагрузку Р сн.; Н - распор (горизонтальная составляющая от натяжения троса и деформации фермы); Х - усилие в тросе, включающее усилие предварительного напряжения троса Хп и усилие самонапряжения троса от действия внешних сил Х с.

На фиг.3 изображен параллелограмм сил для определения равнодействующей от нагрузок, приложенных к оголовку колонны. На схеме «а» представлен случай действия только постоянной и временной длительно действующей нагрузок (Pmin ), а на схеме «б» - случай действия постоянной и всех временных нагрузок, включая снеговую (Рmax).

Предлагаемое большепролетное здание отличается рядом конструктивных особенностей его элементов от прототипа:

- в качестве колонн используются двухветвевые колонны треугольной формы, ветви которых соединяются в их верхней части;

- колонны расположены наклонно к основанию;

- наклон каждой ветви колонны принят, исходя из условия совпадения направлений реакции в ней с равнодействующей внешних сил;

- угол наклона внешней ветви колонны 1 определяется от внешней максимально возможной нагрузки Рmax, заданного усилия преднапряжения троса Хп и усилия самонапряжения в нем X1 от внешней нагрузки;

- угол наклона внутренней ветви колонны 2 определяется от внешней минимально возможной нагрузки Pmin, заданного усилия преднапряжения троса Хп и усилия самонапряжения в нем Х2 от внешней нагрузки. Реализация указанных конструктивных особенностей элементов большепролетного здания приводит к существенному уменьшению изгибающего момента в колонне и, как следствие, к значительному сокращению массы колонн.

Пример реализации изобретения. В качестве примера приведем результаты расчетов рамы большепролетного здания, запроектированного с учетом указанных выше конструктивных особенностей.

В качестве перекрытия здания запроектирована вантово-стержневая система пролетом 42 м [2], изображенная на фиг.1, в которой (после нескольких итераций расчета по подбору площади сечений ее элементов при действии максимально возможной нагрузки Р max) были приняты размеры фермы, указанные на чертеже (длины элементов и площади их поперечных сечений приведены в таблице).

Таблица 
Геометрические размеры элементов вантово-стержневой системы 
Номер стержня Длина стержня, м Сечение стержня Номер стержня Длина стержня, м Сечение стержня 
а-б 3,596 2 уг. 90×7 е-к 4,258 2 уг. 75×5 
а-в 3,501 2 уг. 80×5,5 ж-к 3,501 2 уг. 80×5,5 
б-в 0,925 2 уг. 70×5 и-к 2,800 2 уг. 70×5 
б-г 3,564 2 уг. 90×7 и-л 3,507 2 уг. 90×7 
б-д 3,647 2 уг. 70×5 и-м 4,545 2 уг. 90×7 
в-д 3,501 2 уг. 80×5,5 к-м 3,501 2 уг. 80×5,5 
г-д 1,700 2 уг. 70×5 л-м 3,125 2 уг. 70×5 
г-е 3,539 2 уг. 90×7 л-н 3,501 2 уг. 90×7 
г-ж 3,936 2 уг. 70×5 л-п 4,759 2 уг. 90×7 
д-ж 3,501 2 уг. 80×5,5 м-п 3,501 2 уг. 80×5,5 
е-ж 2,325 2 уг. 70×5 н-п 3,300 2 уг. 70×5 
е-и 3,520 2 уг. 90×7 


Принятая система является дважды статически неопределимой и для ее расчета использован известный в строительной механике метод сил. Было проведено два варианта расчета заданной системы: на действие минимально возможной нагрузки Pmin и максимально возможной Рmax при одном и том же значении величины преднапряжения троса Х п=100 кН.

Определив усилия Н и самонапряжения троса Хс, были построены параллелограммы сил (см. фиг.3) и вычислены углы наклона 1 и 2 соответственных равнодействующих R1 и R2 к горизонту.

Анализ результатов приведенного расчета показывает, что равнодействующая действительной внешней нагрузки от веса покрытия, усилия предварительного напряжения и самонатяжения несущего троса, приложенных к оголовку колонны, проходит между ее ветвей, тем самым, обеспечивая наиболее оптимальную работу колонн, поскольку в этом случае к ним прикладывается минимально возможный изгибающий момент. Снижение изгибающего момента приводит к сокращению материалоемкости колонны.

К примеру, если усилия преднапряжения и самонапряжения троса будут приложены к вертикальной колонне высотой h=10 м, то в приведенном примере изгибающий момент в основании колонны будет равен M max=H2·h=570·10=5700 кН·м - это очень большое усилие, для восприятия которого необходимо будет существенно развивать поперечное сечение колонн. В то же самое время при наклонном расположении колонн заданное усилие будет вызывать только центральное сжатие ее ветвей.

Варьируя длиной пролета между колоннами в поперечном направлении здания и нагрузкой от собственного веса конструкций покрытия и инженерно-технологического подвесного оборудования, можно изменять углы направления ветвей колонн и добиться их оптимального соотношения.

Таким образом, технический результат (сокращение материалоемкости колонн) при использовании предлагаемой схемы большепролетного здания достигается за счет выполнения наклона колонн, их изготовления в виде двух пересекающихся вверху ветвей, а также за счет варьирования длиной пролета, весом конструкций и весом инженерно-технологического оборудования.

Источники информации

1. Беленя Е.И., Стрелецкий Н.Н. и др. Металлические конструкции: Специальный курс. - М.: Стройиздат. 1991. - 684 с.

2. Патент РФ №2288332. Вантово-стержневая система / Коробко В.И., Алдушкин Р.В. Опубликовано в БИ, 2006, №33.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Большепролетное здание, содержащее жестко защемленные в фундаменте колонны, а также несущие предварительно напряженные и ограждающие конструкции покрытия, нагрузка от которого передается на колонны, отличающееся тем, что колонны здания выполнены наклонными в виде двух пересекающихся в верхней части ветвей, угол наклона каждой ветви к горизонту определен из условия совпадения направлений равнодействующей от внешней нагрузки, усилий преднапряжения и самонапряжения в элементах несущих конструкций покрытия с реакцией в ветви колонны, при этом наклон внутренней ветви колонны определен от действия минимально возможной внешней нагрузки от покрытия, а наклон внешней ветви - от действия максимально возможной внешней нагрузки от покрытия.

2. Большепролетное здание по п.1, отличающееся тем, что для выбора требуемого по эксплуатационным соображениям наклона ветвей колонны изменяют длину пролета здания в поперечном направлении и вес конструкций покрытия, включая и вес инженерно-технологического подвесного оборудования.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru