металлическая колонна двутаврового сечения

Формула изобретения

1. Металлическая колонна двутаврового сечения, содержащая две стойки, соединенные между собой тонкой гофрированной стенкой с расположением гофр в поперечном направлении, отличающаяся тем, что в месте возникновения больших усилий стенка выполнена в виде плоской вставки, причем соединение гофрированной стенки и стоек осуществлено односторонними швами, а соединение гофрированной стенки с плоской вставкой произведено внахлест без ребер жесткости.

2. Металлическая колонна по п.1, отличающаяся тем, что в месте сопряжения стоек с гофрированной стенкой ширина опорной поверхности стоек равна высоте гофра упомянутой стенки.

3. Металлическая колонна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что высота сечения изменяется от 200 до 630 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении металлических тонкостенных колонн в конструкциях гражданских, промышленных и общественных зданий комплектной поставки.

Известна металлическая колонна двутаврового сечения, содержащая две стойки, соединенные между собой сплошной стенкой (1). Колонна снабжена металлическими полосами, присоединенными к полкам или к сплошной стенке с двух сторон.

Недостатком такой колонны является высокая материалоемкость в результате нерационального распределения материала по сечению.

Известен строительный элемент, например металлическая балка двутаврового сечения, содержащая два пояса, выполненные из предварительно разрезанной по зигзагообразной линии стенки двутавра и сваренные друг с другом через прямоугольные, размещенные между выступами зигзагообразной полосы (2).

Данная колонна относится к сквозным (решетчатым) колоннам, обладающим высокой устойчивостью при действии внешних нагрузок. Однако недостатком таких колонн является высокая трудоемкость изготовления, сложность организации автоматизированного производства.

Известна металлическая колонна двутаврового сечения, содержащая две стойки, соединенные между собой тонкой, работающей на сдвиг гофрированной стенкой (3).

Недостатком указанной колонны является повышенная трудоемкость изготовления колонны с гофрированной стенкой из-за фиксированной высоты сечения, поскольку изменение высоты гофрированной стенки, изготавливаемой методом продольной прокатки и зависящей от параметров гофра, приводит к изменению габаритов оборудования. Фиксированная высота сечения приводит к перерасходу металла и снижению устойчивости колонны при действии внешних нагрузок. Кроме того, из-за большой протяженности плоской грани гофра необходимо устанавливать дополнительные ребра жесткости для повышения местной устойчивости колонны. А это в свою очередь приводит к увеличению трудоемкости изготовления колонны и повышению материалоемкости. Наиболее близким аналогом к данному изобретению является металлическая колонна двутаврового сечения, включающая пояса и гофрированную стенку, выполненную с поперечным расположением гофр.

Техническим результатом данного изобретения является снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления при обеспечении устойчивости, соответствующей устойчивости сквозных колонн, повышение технологичности изготовления, местной устойчивости колонн.

Указанный технический результат достигается тем, что в металлической колонне двутаврового сечения, содержащей две стойки, соединенные между собой тонкой гофрированной стенкой с расположением гофр в поперечном направлении, в месте возникновения больших усилий стенка выполнена в виде плоской вставки, причем соединение гофрированной стенки и стоек осуществлено односторонними швами, а соединение гофрированной стенки и плоской вставки произведено внахлест без ребер жесткости. В месте сопряжения стоек с гофрированной стенкой ширина опорной поверхности стоек равна высоте гофра упомянутой стенки. Высота сечения изменяется от 200 до 630 мм.

На фиг.1 представлен общий вид металлической колонны двутаврового сечения.

На фиг.2 - продольное сечение металлической колонны двутаврового сечения.

На фиг.3 - поперечное сечение металлической колонны двутаврового сечения.

Металлическая колонна двутаврового сечения содержит две колонны 1 (фиг.1), соединенные между собой тонкой податливой на сдвиг гофрированной стенкой 2. Усилия от стропильных конструкций передаются на колонну через плиту оголовка 3. При помощи опорной плиты 4 колонна опирается на фундамент. В месте возникновения больших усилий гофрированная стенка заменена плоской вставкой 5.

В справочно-нормативной литературе по проектированию стальных конструкций (Металлические конструкции. В 3 т. Т.2. Стальные конструкции зданий и сооружений. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В.Кузнецова (ЦНИИ проектстальконструкция им. Н.П.Мельникова).: изд-во АСВ, 1998., стр.53.) имеются четкие определения мест возникновения опасных напряжений в колоннах зданий со стальным каркасом. Очертание эпюр изгибающих моментов в поперечных рамах одноэтажных зданий такое, что опасные напряжения могут действовать только в определенных сечениях колонны. Это место заделки в фундаменте, место передачи крановой нагрузки, место жесткого сопряжения с ригелем. Каждому из этих сечений соответствует своя расчетная комбинация нагрузок, которая определяется путем статического расчета поперечной рамы.

За основу расчета колонн постоянного сечения с тонкой поперечно гофрированной стенкой принята методика для описания работы сжатых сквозных конструкций с учетом взаимодействия общей и местной форм потери устойчивости, которая применительно к колоннам с тонкой поперечно гофрированной стенкой формулируется как задача устойчивой прочности стойки из двух полос (полок), соединенных бесконечно тонкой, но податливой на сдвиг стенкой. Такая инженерная методика проста по своей сути, а ее справедливость подтверждена многочисленными лабораторными и натурными испытаниями (Огневой В.Г. Исследование работы стальных колонн одноэтажных промышленных зданий с тонкой гофрированной стенкой. Дисс... канд. техн. наук: - Липецк, 1994 г., стр.36-111), а также десятилетней практикой эксплуатации таких колонн.

В местах возникновения больших напряжений сечения гофрированной стенки из-за малой ее толщины не хватает для того, чтобы воспринимать большие усилия, и она заменяется плоскими вставками, толщина которых подбирается расчетом.

Гофры стенки 2 расположены в поперечном направлении (фиг.2, 3) и имеют треугольное очертание.

Соединение поперечно гофрированной стенки 2 и стоек 1 осуществляется односторонними швами, а соединение гофрированной стенки с поперечным расположением гофр и плоской вставки производится внахлест без ребер жесткости. Это снижает количество операций при изготовлении и позволяет осуществлять производство колонн на поточных автоматизированных линиях.

Высота сечения не является фиксированной величиной, а может изменяться от 200 до 630 мм, что позволяет для определенных нагрузок выбирать оптимальные размеры.

В месте сопряжения со стенкой ширина опорной поверхности стойки равна высоте гофра, что повышает местную устойчивость полки.

В колонне не требуется устанавливать поперечные ребра жесткости для обеспечения местной устойчивости стенки, так как их роль выполняют гофры, расположенные в поперечном направлении. Данное обстоятельство позволяет снизить материалоемкость на 15-20% по сравнению с колоннами с плоской стенкой и на 5-7% по сравнению с колоннами с продольной гофрированной стенкой. Расчет такой колонны на ее устойчивость производится по методике расчета сквозных колонн.

Здания и сооружения, изготавливаемые с использованием колонн с поперечной гофрированной стенкой, могут использоваться в I-IV районах по весу снегового покрова и I-VII по скоростному напору ветра, а также в районах с повышенной сейсмической активностью до 9 баллов.

Источник информации

1. SU 1523647 A1, (Коммунарский горнометаллургический институт), МПК 7 Е04С 3/10, опубл. 23.11.1989.

2. RU 16167 U1, (Томский государственнй архитектурно-строительный университет и др.), МПК 7 Е04С 3/08, опубл. 10.12.2000.

3. SU 678165 А, (Казахское отделение центрального научно-исследовательского и проектного института строительных металлоконструкции), МПК 7 Е04С 3/30, опубл. 05.08.1979.

4. SU 838048 А, (Казахское отделение центрального научно-исследовательского и проектного института строительных металлоконструкции), Е04С 3/30, 15.06.1981.