Металлическая балка с мультигофрированной стенкой

Изобретение относится к строительству, в частности к балочным конструкциям промышленных и гражданских зданий и сооружений. Металлическая балка двутаврового поперечного сечения состоит из сжатого и растянутого поясов (1,2), соединенных односторонними сварными швами с поперечно-гофрированной стенкой (3). Стенка имеет двойное гофрирование: основное и дополнительное. Шаг и высота основных гофров больше шага и высоты дополнительных. Основные и дополнительные гофры сонаправлены, но могут иметь различный профиль, в том числе изменяющийся по длине стенки. Дополнительное гофрирование может быть как регулярным (непрекращающимся по всей длине стенки), так и нерегулярным (на некоторых участках стенки). Основное гофрирование регулярно по длине стенки. Технический результат заключается в снижении материалоемкости балочных конструкций и повышении их несущей способности. 8 з.п.ф-лы., 16 ил.

Полезная модель относится к строительству и может использоваться в качестве несущей конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений.

Из уровня техники известна деревянная клееная балка с волнистой фанерной стенкой (Маилян Р.Л., Маилян Д.Р., Веселов Ю.А. Строительные конструкции. Учебное пособие. - Издательство «Феникс», г.Ростов-на-Дону, 2005, с.785-788, рис.35.5). К недостаткам известной балки следует отнести ограниченную область применения, повышенную материалоемкость (вызванную необходимостью применения относительно частого шага гофров для обеспечения устойчивости стенки), ограничение профиля гофров волнистой формой, а также постоянное по длине поперечное сечение конструкции.

Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является металлическая балка двутаврового сечения с гофрированной стенкой (Металлические конструкции. В 3т. T.1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов/В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В. Филиппов и др.; под ред. В.В.Горева - 3-е изд., стер. - М.: Высш. Шк., 2004 - 551 с. С.294-298, рис.5.60). Недостатком указанной балки является повышенная материалоемкость, что вызвано необходимостью устройства относительно частого шага гофров для обеспечения местной и общей устойчивости стенки, т.е. устойчивости отдельно взятого гофра и устойчивости стенки, как ортотропной пластинки.

Технический результат от применения настоящей полезной модели заключается в снижении материалоемкости балок и повышении устойчивости их формы и положения, что, в свою очередь, увеличивает несущую способность таких конструкций. Указанный технический результат является решением актуальной задачи эффективного использования материала в несущих строительных конструкциях и достигается за счет того, что стенка имеет два уровня гофрирования: первый - основное поперечное гофрирование; второй - дополнительное поперечное гофрирование. При этом дополнительное поперечное гофрирование обеспечивает лучшую местную устойчивость стенки. Это предоставляет возможность существенно уменьшить отношение высоты основных гофров, обеспечивающих общую устойчивость стенки, к их шагу, то есть предусматривать основные гофры с относительно большим шагом. Данное обстоятельство приводит к тому, что при меньшем расходе материала (ввиду относительной пологости основных гофров) повышается изгибно-крутильная жесткость конструкции, устойчивость ее формы и положения, а, следовательно, и ее несущая способность.

Стенку, имеющую описанные выше уровни гофрирования, предлагается называть мультигофрированной.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 - балка трапецеидального очертания с мультигофрированной стенкой, имеющей перфорацию в пролетной части;

на фиг.2 - вид сбоку на балку на фиг.1;

на фиг.3 - продольное сечение А-А на фиг.2;

на фиг.4 - балка с мультигофрированной стенкой, сжатый пояс имеет переменное сечение;

на фиг.5 - вид сбоку на балку на фиг.4;

на фиг.6 - продольное сечение А-А на фиг.5;

на фиг.7 - балка сегментного очертания с мультигофрированной стенкой;

на фиг.8 - вид сбоку на балку на фиг.7;

на фиг.9 - продольное сечение А-А на фиг.8;

на фиг.10 - балка с мультигофрированной стенкой и с параллельными поясами различного сечения;

на фиг.11 - вид сбоку на балку на фиг.10;

на фиг.12 - продольное сечение А-А на фиг.11;

на фиг.13 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.3;

на фиг.14 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.6;

на фиг.15 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.9;

на фиг.16 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.12;

Металлическая балка двутаврового поперечного сечения состоит из сжатого пояса 1 и растянутого пояса 2, соединенных мультигофрированной стенкой 3, основные и дополнительные гофры которой перпендикулярны продольной оси балки, причем отдельно взятые основные гофры не изменяют свое сечение по высоте стенки 3, а дополнительные гофры распространяются не на всю высоту стенки, т.е. не выходят на один или два края стенки (глухие гофры).

Профиль основных и дополнительных гофров может быть различным:

волнистый (синусоидальный, параболический, эллипсоидный и т.п.), треугольный, трапецеидальный (в частном случае - прямоугольный). Полезной моделью предусмотрен вариант балки, в которой профиль основных гофров стенки 3 отличается от профиля дополнительных гофров.

Мультигофрированная стенка 3 может иметь перфорацию 4, которую предпочтительно предусматривать в пролетном участке, где интенсивность поперечных сил, как правило, невелика, а интенсивность изгибающих моментов достигает своего максимума. Устройство перфорации 4 позволяет в ряде случаев дополнительно снизить расход материалов и расширить область применения таких конструкций, например, за счет прокладки через отверстия коммуникаций.

Толщина мультигофрированной стенки 3 по длине балки может изменяться в соответствии с условием прочности стенки на срез. Таким образом, максимальную толщину стенки 3 следует предусматривать на участках действия интенсивных поперечных сил (как правило, приопорные участки). В случае переменной толщины Мультигофрированная стенка 3 может быть выполнена из отсеков (явных или условных). Под явными отсеками следует подразумевать фрагменты стенки 3, объединенные в единое целое с помощью сварных швов или фланцевых соединений. В случае условных отсеков подразумевается, что стенка 3 выполнена из цельного листа, а деление на отсеки обусловлено, например, изменением профиля основного гофрирования.

По длине балки стенка 3 может иметь различные профили основных и/или дополнительных гофров, при этом, участки изменения профиля целесообразно согласовывать с делением стенки 3 на условные или явные отсеки.

Основные и дополнительные гофры могут быть односторонними и двусторонними. Устройство двусторонних гофров предпочтительнее ввиду их симметрии относительно срединной плоскости стенки 3 (для основного гофрирования) и плоскости основного гофра (для дополнительного гофрирования).

Металлическая балка с мультигофрированной стенкой 3 может иметь поперечные ребра жесткости и/или торцевые ребра.

Пояса 1 и 2 балки с мультигофрированной стенкой 3 могут быть параллельными и не параллельными между собой. В последнем случае очертание поясов 1 и 2 представляет собой треугольную, трапецеидальную, полигональную или сегментную форму.

Для дополнительного снижения материалоемкости балок с мультигофрированной стенкой 3 возможно изменять сечения поясов 1 и 2 по длине.

Эффективность балки с мультигофрированной стенкой 3 обосновывается характером ее работы, который заключается в следующем: при загружении балки внешней нагрузкой, действующей на один или два пояса 1 и 2 и направленной в плоскости стенки 3, наблюдается поперечный изгиб конструкции. Поперечные силы воспринимаются практически полностью мультигофрированной стенкой 3, а изгибающие моменты - практически полностью поясами 1 и 2. Дополнительное гофрирование основных гофров существенно повышает их жесткость и устойчивость в продольном направлении (вдоль гофров), что предоставляет возможность в ряде случаев не только отказаться от установки поперечных ребер жесткости в местах действия интенсивных сосредоточенных сил, но и значительно увеличить шаг 5 основных гофров. При этом, уменьшенное отношение высоты 6 основного гофра к его шагу 5 ведет к снижению материалоемкости, а за счет того, что геометрические параметры (высота 6 и шаг 5) основных гофров мультигофрированной стенки 3 больше аналогичных параметров гофров известного решения, - повышается изгибно-крутильная жесткость конструкции и устойчивость ее формы и положения (в первую очередь против опрокидывания). Таким образом, применение балки с мультигофрированной стенкой позволяет, в отличие от ближайшего аналога, отложить наступление предельного состояния конструкции вплоть до перехода ее материала в упруго-пластическую стадию работы.

Критерием разделения гофрирования на основное и дополнительное является то, что шаг 7 и высота 8 дополнительных гофров меньше шага 5 и высоты 6 основных гофров.

Объемом полезной модели предусмотрен вариант балки, в которой дополнительное гофрирование нерегулярно по длине стенки 3, т.е. дополнительные гофры могут присутствовать лишь на некоторых, наиболее напряженных участках стенки 3.

Балка с мультигофрированной стенкой 3 может изготавливаться из различных металлов, преимущественно из сталей групп обычной и повышенной прочности. Мультигофрированная стенка 3 соединяется с поясами 1 и 2 с помощью непрерывных, преимущественно односторонних сварных швов, что необходимо учитывать при выборе конкретных материалов по критериям свариваемости и условиям эксплуатации.

Придание листовой заготовке мультигофрированной формы возможно с помощью штамповки - прессования заготовок между двумя матрицами.

Предлагаемая полезная модель может применяться в конструктивных системах несущих элементов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения, предназначенных для эксплуатации в 5 различных снеговых и ветровых районах Российской Федерации, а также в районах с сейсмичностью до 9 баллов. Металлическая балка с мультигофрированной стенкой 3 может использоваться для выполнения как несущих, так и ограждающих функций. Возможно применение стальных балок с мультигофрированной стенкой 3 для восприятия динамических (например, крановых) нагрузок.

1. Металлическая балка двутаврового поперечного сечения, содержащая сжатый и растянутый пояса, соединенные поперечно-гофрированной стенкой, отличающаяся тем, что гофрирование выполнено в виде сонаправленных основных и дополнительных гофров, причем шаг и высота основных гофров больше шага и высоты дополнительных гофров, а отдельно взятый основной гофр остается постоянного сечения по высоте стенки, в то время, как дополнительный гофр не выходит на края стенки.

2. Металлическая балка по п.1, отличающаяся тем, что профиль основных гофров отличается от профиля дополнительных гофров.

3. Металлическая балка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что профиль основных и/или дополнительных гофров изменяется по длине стенки.

4. Металлическая балка по п.3, отличающаяся тем, что дополнительное гофрирование предусмотрено не по всей длине стенки.

5. Металлическая балка по п.4, отличающаяся тем, что сжатый и растянутый пояса не параллельны между собой, при этом очертание поясов представляет собой треугольную, трапецеидальную, полигональную или сегментную форму.

6. Металлическая банка по п.5, отличающаяся тем, что сжатый и растянутый пояса выполняются с различным поперечным сечением.

7. Металлическая балка по п.6, отличающаяся тем, что по длине балки предусмотрена постановка поперечных ребер жесткости и/или торцевых опорных ребер.

8. Металлическая балка по п.7, отличающаяся тем, что в стенке предусмотрена перфорация.

9. Металлическая балка по п.8, отличающаяся тем, что стенка имеет переменную толщину по длине балки.