Патент на изобретение №2360076

(54) РАМНЫЙ КАРКАС ЗДАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства, в частности к рамному каркасу здания повышенной надежности. Технический результат заключается в повышении несущей способности элементов каркаса с целью предупреждения прогрессирующего лавинообразного обрушения здания в случае запроектных воздействий. Каркас здания включает двухэтажные двухпролетные рамы, систему вертикальных связей жесткости и затяжек. Рамы состоят из колонн и ригелей, выполненных в виде балок. Соседние рамы соединяются между собой диагональными затяжками, которые расположены в пределах парапета и связывают верхние части колонн. Верхние части колонн дополнены вертикальными стержнями. Отметка верха дополнительных стержней совпадает с отметкой верха парапета. Соседние рамы также соединяются коробчатыми балками, расположенными в уровне опорных узлов ригелей покрытия. В плоскости рам вертикальные затяжки соединяют балки перекрытия в местах опирания на среднюю колонну с ригелем покрытия. Горизонтальные затяжки соединяют крайние колонны в узлах опирания ригеля покрытия. В плоскости торцевых рам диагональные затяжки соединяют балки перекрытия в местах опирания на крайние колонны с балками покрытия в середине их пролета. 8 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении зданий с металлическим каркасом, имеющих в соответствии с классом ответственности особо важное народнохозяйственное и социальное значение.

Известно здание (SU 1252442, Е04В 1/18, 1978), конструктивная схема которого нечувствительна к неравномерным осадкам и крену отдельных фундаментов, каркас имеет демпфирующую систему с регулируемыми параметрами, что улучшает его работу при действии динамических нагрузок. Недостатком указанного каркаса является повышенная чувствительность к просадкам, не обеспечивающая возможности эксплуатации здания в случае запроектных воздействий.

Известно также трехпролетное здание (RU 2010092, Е04В 1/24, 1994), пространственная жесткость которого обеспечивается системой связей и тяжей, образующих Y-образные элементы жесткости. Недостатком указанного каркаса является высокая трудоемкость монтажа. Кроме того, конструктивная схема каркаса не обеспечивает геометрическую неизменяемость системы при исключении из работы какой-либо стойки.

Задача изобретения – обеспечение живучести здания в случае мгновенного исключения из работы несущей системы одной из колонн.

Технический результат – повышение несущей способности элементов каркаса с целью предупреждения прогрессирующего лавинообразного обрушения зданий в случае запроектных воздействий.

Поставленная задача решена тем, что соседние рамы соединяются между собой диагональными затяжками, которые расположены в пределах парапета и связывают верхние части колон, дополненных вертикальными стержнями, и коробчатыми балками, расположенными в уровне опорных узлов ригелей покрытия, а отметка верха дополнительных стержней совпадает с отметкой верха парапета, в плоскости рам вертикальные затяжки соединяют балки перекрытия в местах опирания на среднюю колонну с ригелем покрытия, горизонтальные затяжки соединяют крайние колонны в узлах опирания ригеля покрытия, в плоскости торцовых рам диагональные затяжки соединяют балки перекрытия в местах опирания на крайние колонны с балками покрытия в середине их пролета.

Проведенный конечноэлементный анализ каркаса в динамической постановке [1] подтверждает выполнение условий живучести здания в случае мгновенного удаления любой из опор, которое возможно при таких запроектных воздействиях, как карстовый провал, взрывная нагрузка и т.д.

Конструкция поясняется чертежами. На фиг.1 изображен боковой вид каркаса; на фиг.2 – рядовая поперечная рама каркаса; на фиг.3 – торцовая поперечная рама каркаса; на фиг.4 – поперечное сечение дополнительных стержней 5; на фиг.5 – поперечное сечение крайних колонн 1; на фиг.6 – поперечные сечения коробчатых балок 3, соединяющих соседние рамы; на фиг.7 – поперечное сечение затяжек 8 и 9; на фиг.8 – поперечное сечение связей 6.

Рамный каркас здания включает поперечные рамы, соединенные между собой посредством жесткого диска перекрытий 2, коробчатых балок 3, диагональных затяжек 4, связывающих дополнительные стержни 5, и вертикальных связей 6. Рядовые поперечные рамы состоят из крайних колонн 1, средних колонн 10, ригелей покрытия 7, связанных с ригелями перекрытия 12 вертикальными затяжками 8. Жесткий диск перекрытия 2 опирается на ригели перекрытия 12. Горизонтальная затяжка 9 связывает между собой крайние колонны 1. Торцевые поперечные рамы включают в себя кроме элементов, входящих в состав рядовых поперечных рам, наклонные затяжки 11.

Дополнительные стержни 5, диагональные затяжки 4 и коробчатые балки 3 обеспечивают включение в работу каркаса соседних рам при удалении одной из крайних колонн 1. Вертикальная затяжка 8 и горизонтальная затяжка 9 обеспечивают работу каркаса при удалении одной из средних колонн 10. При этом вертикальная затяжка удерживает жесткий диск перекрытия 2, передавая нагрузку на ригель покрытия 7, а горизонтальная – воспринимает возникающие при этом распорные усилия. Наклонные затяжки 11 торцовой рамы включаются в работу при удалении ее крайней колонны 1. Вертикальные связи 6 обеспечивают жесткость каркаса из плоскости рам при восприятии нормативных горизонтальных нагрузок и запроектных воздействий.

Сопоставление конструкций существующих каркасов [2] зданий и предложенного решения позволяет сделать вывод о значительном снижении риска прогрессирующего обрушения несущей системы и экономии материальных и людских ресурсов в условиях возникновения запроектных воздействий.

Разработанный каркас выполняют из сталей и сплавов, применяемых в строительстве, и монтируют известными приемами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The finite element method. Fifth edition: The basic. – Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000. – Vol.1. – 689 pp.

2. Кутухтин Е.Г. Легкие конструкции одноэтажных промышленных зданий. Справочник проектировщика [текст] / Е.Г.Кутухтин, Спиридонов В.М., Хромец Ю.Н. – М.: Стройиздат, 1988. С.32-42.

Формула изобретения

Каркас здания, включающий двухэтажные двухпролетные рамы, состоящие из колонн и ригелей, выполненных в виде балок, систему вертикальных связей жесткости и затяжек, отличающийся тем, что соседние рамы соединяются между собой диагональными затяжками, которые расположены в пределах парапета и связывают верхние части колонн, дополненных вертикальными стержнями, и коробчатыми балками, расположенными в уровне опорных узлов ригелей покрытия, а отметка верха дополнительных стержней совпадает с отметкой верха парапета, в плоскости рам вертикальные затяжки соединяют балки перекрытия в местах опирания на среднюю колонну с ригелем покрытия, горизонтальные затяжки соединяют крайние колонны в узлах опирания ригеля покрытия, в плоскости торцевых рам диагональные затяжки соединяют балки перекрытия в местах опирания на крайние колонны с балками покрытия в середине их пролета.

РИСУНКИ