ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2183708

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС ЗДАНИЯ

Имя изобретателя: Бирин В.А., Мамышев С.З.
Имя патентообладателя: Бирин Владимир Александрович
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 05.12.2000

Изобретение относится к области строительства, в частности к металлическим каркасам многопролетных зданий. Техническим результатом изобретения является снижение действующих нагрузок и уменьшение, тем самым, материалоемкости каркаса. Металлический каркас многопролетного здания включает колонны двутаврового сечения, имеющие на уровне перекрытий опорные элементы, расположенные с наружной стороны полок двутавров колонн. Балки выполнены составными из двух металлических элементов швеллерного или двутаврового сечения, которые верхними полками навешены и опираются на опорные элементы колонн. Балки выполнены неразрезными и могут иметь внутренний железобетонный элемент, расположенный в полости между металлическими элементами.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства, а именно к металлическим каркасам многопролетных зданий небольшой этажности.

Известны металлические каркасы зданий, включающие колонны, балки и плиты перекрытий (см., например, книгу В.К Файбишенко "Металлические конструкции", 1984 г., стр.159, рис.132).

Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является металлический каркас здания, включающий колонны двутаврового сечения, соединенные с ним балки и перекрытия (см., там же, стр.73, 74, рис.50).

Существенным недостатком известных решений является высокая металлоемкость конструкций металлического каркаса, обусловленная значительными усилиями в балках, что приводит к удорожанию здания в целом.

Задачей, решение которой обеспечивает изобретение, является снижение материалоемкости каркаса и, тем самым, стоимости здания путем снижения усилий в балках.

Сущность изобретения заключается в том, что в металлическом каркасе здания, включающем колонны, имеющие двутавровое сечение, соединенные с ними балки и перекрытия, колонны выполнены с расположенными с наружной стороны полок двутавров опорными выступами для балок, при этом последние выполнены составными из двух элементов [-образного или I-образного сечения, опертых внутренней поверхностью верхних полок на опорные выступы, а перекрытие расположено на верхних полках элементов балок.

Полость между элементами балок может быть заполнена монолитным железобетоном, образующим внутренний элемент балки, на уровне которого в стенках двутавров может быть образовано отверстие.

Балки могут быть выполнены неразрезными на всю длину или ширину здания.

По сравнению с прототипом (книга В. К. Файбишенко, стр.73, 74, рис.50) изобретение содержит новые признаки, заключающиеся в том, что полки колонны располагаются параллельно балкам, а колонны выполнены с расположенными с наружной стороны полок двутавров опорными выступами (например, выполненными из пластины, жестко соединенной с колонной) для балок, при этом последние выполнены составными из двух элементов [-образного или I-образного сечения, опертых внутренней поверхностью верхних полок на опорные выступы, а перекрытие расположено на верхних полках элементов балок. При применении I-образного сечения в балке и монолитного перекрытия возможно опирание перекрытия на нижнюю полку.

Полость между элементами балки может быть заполнена монолитным железобетоном, образующим внутренний элемент балки.

На уровне внутреннего элемента балки в стенках двутавров колонн могут быть образованы отверстия для выполнения балок неразрезными на всю длину или ширину здания.

металлический каркас здания, план;

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

- на фиг.1 - металлический каркас здания, план;

- на фиг.2 - то же, разрез по А-А на фиг.1;

- на фиг.3 - соединение колонны с балкой, узел Б на фиг.2;

- на фиг.4 - балка, сечение а-а на фиг.1.

Металлический каркас многопролетного здания включает металлические колонны 1 двутаврового сечения, расположенные в узлах пересечения разбивочной сетки взаимоперпендикулярных осей.

Колонны 1 шарнирно соединены с балками 2 (фиг.1), которые выполнены составными из двух металлических несущих элементов 3 и 4, имеющих [-образное или I-образное поперечное сечение, т. е. выполненных в виде швеллера или двутавра, при этом полки двутавров колонн 1 параллельны балкам 2.

Металлические элементы 3 и 4, образующие балку 2, внутренней поверхностью верхних полок швеллера или двутавра навешены и оперты на опорные выступы 5, расположенные с наружной стороны полок двутавров колонн 1 таким образом, чтобы стенки двутавров последних были перпендикулярны стенкам швеллеров или двутавров элементов 3 и 4 балок (фиг.3). Опорные выступы 5 могут быть выполнены различным, известным образом, например в виде пластины, жестко соединенной с колонной 1.

На фиг. 3 показан возможный вариант установки элементов 3 и 4 с помощью дополнительных уголков 6, соединенных сваркой с опорными выступами 5.

Выбор сечения элементов 3 и 4 осуществляется на основе расчетов исходя из действующих на балку 2 нагрузок, в частности двутавровое сечение принимается для более значительных нагрузок.

Полость между элементами 3 и 4 может быть заполнена монолитным железобетоном (фиг.4), образующим внутренний несущий элемент 7 балки 2, для выполнения которых неразрезными на всю длину или ширину здания в стенках двутавров колонн 1 выполнены отверстия 8 (фиг.3).

Перекрытие 9 выполнено из отдельных плит, расположенных на верхних полках швеллеров или двутавров элементов 3 и 4 (фиг.4). Возможно также его выполнение из монолитного железобетона и расположение на нижних полках элементов 3 и 4, если последние выполнены в виде двутавров. По осям колонн 1 установлены вертикальные связи 10. Кроме того, при значительных пролетах балки могут быть соединены с крайними колоннами не шарнирно, а жестко, любым известным образом (на чертеже не показано).

Металлический каркас здания работает следующим образом:

Горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются многопролетным каркасом здания. Горизонтальные нагрузки передаются через диски перекрытий 9 и воспринимаются вертикальными связями 10. Вертикальные нагрузки воспринимают балки 2 и колонны 1.

При устройстве внутреннего железобетонного элемента 7, последний воспринимает эксплуатационные нагрузки, а металлические элементы 3 и 4 воспринимают монтажные нагрузки.

Как показали предварительные расчеты, изобретение позволяет уменьшить действующие на балку моменты в 1,5 - 2 раза, а прогибы балки уменьшить в 4 - 5 раз, что позволяет, соответственно, снизить металлоемкость каркаса, а также в случае необходимости уменьшить высоту балок.

Это происходит за счет того, что металлические элементы балок воспринимают только монтажные нагрузки, а в случае устройства неразрезных балок уменьшение действующих моментов происходит за счет пластических деформаций в последних.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Металлический каркас здания, включающий колонны, имеющие двутавровое сечение, соединенные с ними балки, и перекрытия, отличающийся тем, что колонны выполнены с расположенными с наружной стороны полок двутавров опорными выступами для балок, при этом последние выполнены составными из двух элементов [-образного или I-образного сечения, опертых внутренней поверхностью верхних полок на опорные выступы, а перекрытие расположены на полках элементов балок.

2. Металлический каркас по п.1, отличающийся тем, что полость между элементами балки заполнена монолитным железобетоном, образующим внутренний элемент балки.

3. Металлический каркас по п.1 или 2, отличающийся тем, что в стенке двутавра колонн на уровне внутреннего элемента балки образовано отверстие.

4. Металлический каркас по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что балки выполнены неразрезными на всю длину или ширину здания.

Версия для печати


вверх