металлическая колонна одноэтажного здания

Формула изобретения

Металлическая колонна одноэтажного здания, содержащая сварной профиль, например двутавр, и узлы соединения с покрытием и фундаментом, отличающаяся тем, что узел соединения с покрытием содержит страховочные устройства, включающие коротыши, стопорные механизмы, опорные пластины, расположенные по высоте колонны с постоянным шагом, пружины сжатия, установленные в футлярах между коротышами и ребрами жесткости двутавра, и верхнюю пластину, не соединенную с двутавром, при этом коротыши включают жестко соединенные трубчатую и сплошную прямоугольную части, сплошная часть имеет выточки, в которых установлены стопорные механизмы, включающие поворотные стопорные пластины и фиксирующие их упругие элементы, опорные пластины установлены на внутренних поверхностях полок и поверхностях стенки двутавра, а трубчатая часть коротышей контактирует с конструкцией покрытия через верхнюю пластину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным конструкциям и используется в качестве колонн в металлических каркасах одноэтажных промышленных и гражданских зданий, имеющих в соответствии с классом ответственности особо важное народнохозяйственное и социальное значение.

Известна колонна (RU 2319816, Е04С 3/34, С2), которая содержит полый корпус, состоящий из двух металлических тонкостенных С-образных профилей с продольными стенками, полками и отбортованными внутрь фланцами, а также упрочняющие элементы, закрепленные внутри корпуса, концевые нижние и верхние опорные элементы и бетонное ядро.

Недостатком указанной колонны является низкая степень ее живучести при возникновении больших просадок грунта основания или при запроектном воздействии, связанного с разрушением нижней части колонны.

Известна также колонна (RU 2347870, Е04С 3/36 С2), содержащая металлическую трубу с бетонным ядром, армированным арматурой. Труба выполнена в виде секций-оболочек таким образом, чтобы обеспечить их свободное телескопическое выдвижение. В секциях-оболочках диаметрально противоположно выполнены горизонтальные отверстия с одинаковым диаметром и шагом, в верхних частях каждой из секций-оболочек предусмотрены отверстия для формования бетонного ядра, а в нижних частях закреплена спиральная арматура и выполнены монтажные отверстия с шагом, равным высоте этажа.

Недостатком указанной колонны является высокая чувствительность к запроектным воздействиям на ее нижнюю часть.

Задача изобретения - обеспечение живучести колонны в случае разрушения ее нижней части или просадки грунта основания.

Технический результат - повышение надежности конструкции колонны, позволяющей предупреждать обрушение одноэтажных гражданских и промышленных зданий в случае возникновения запроектных воздействий на нижнюю часть колонны (нагрева при пожаре, техногенной аварии, террористического акта и т.п.) или большой просадки грунта основания.

Поставленная задача решена предлагаемой конструкцией металлической колонны одноэтажного здания, содержащей сварной профиль, например двутавр и узлы соединения с покрытием и фундаментом, отличающейся тем, что узел соединения с покрытием содержит страховочные устройства, включающие коротыши, стопорные механизмы, опорные пластины, расположенные по высоте колонны с постоянным шагом, пружины сжатия, установленные в футлярах между коротышами и ребрами жесткости двутавра, и верхнюю пластину, не соединенную с двутавром, при этом коротыши включают жестко соединенные трубчатую и сплошную прямоугольную части, сплошная часть имеет выточки, в которых установлены стопорные механизмы, включающие поворотные стопорные пластины и фиксирующие их упругие элементы, опорные пластины установлены на внутренних поверхностях полок и поверхностях стенки двутавра, а трубчатая часть коротышей контактирует с конструкцией перекрытия через верхнюю пластину.

Проведенные расчеты по методу конечных элементов [1] в статической и динамической постановках подтверждают высокую степень живучести колонны в случае разрушения ее нижней части или просадке грунта основания.

Конструкция поясняется схемами. На фиг.1 изображен общий вид колонны; на фиг.2 - возможное запроектное воздействие; на фиг.3 - схема работы колонны при разрушении ее нижней части; на фиг.4 - узел А, где 1 - сварной двутавр, 2 - коротыш, 3 - верхняя пластина, 4 - косынки, 5 - опорные пластины, 6 - поворотные стопорные пластины, 7 - упругие элементы, 8 - ребро жесткости сварного двутавра, 9 - пружина сжатия, 10 - торцовые пластины, 11 - футляр пружины 9; на фиг.5 - узел Б; на фиг.6 - разрез 1-1; на фиг.7 - разрез 2-2.

Колонна (фиг.1) содержит сварной профиль, например двутавр 1 и узлы соединения с покрытием и фундаментом. Узел соединения с фундаментом не отличается от традиционных схем исполнения, приведенных в справочнике [2]. Узел соединения с покрытием (узел А) включает верхнюю пластину 3, косынки 4, торцовые пластины 10 (см. фиг.4) и страховочные устройства, состоящие из коротышей 2, расположенных по обе стороны от стенки двутавра 1 (см. фиг.6, 7), опорных пластин 5, установленных по высоте колонны с постоянным шагом, преимущественно 200-300 мм и расположенных на внутренних поверхностях полок и стенки двутавра 1 и пружин сжатия 9, размещаемых между коротышами 2 и ребрами жесткости 8 двутавра 1 в футлярах 11, изготавливаемых из металлических труб. Коротыши состоят из жестко соединенных трубчатых и сплошных (см. фиг.6, 7) прямоугольных частей. Сплошные части снабжены стопорными механизмами, установленными в их выточках. Стопорные механизмы включают поворотные стопорные пластины 6, соединенные с упругими элементами 7. Упругие элементы 7 обеспечивают горизонтальное положение стопорных пластин 6 в зазорах между опорными пластинами 5.

При разрушении нижней части колонны или просадке грунта основания колонна удлиняется за счет движения двутавра 1 и коротышей 2 под действием усилий пружин сжатия и сил тяжести, а несущие конструкции покрытия получают дополнительные деформации от эксплуатационных нагрузок [3]. Данные перемещения фиксируются поворотными стопорными пластинами 6, заклинивающимися в горизонтальном положении на опорных пластинах 5 (см. фиг.5). При этом двутавр упирается в основание, а коротыши в верхнюю пластину 3. В результате исключается обрушение покрытия.

Анализ типовых конструкций колонн металлических каркасов зданий [3] и предложенного решения позволяет сделать вывод о том, что разработанная конструкция колонны имеет повышенную живучесть. Это в значительной мере снижает риск общего разрушения несущей системы здания в условиях возникновения запроектных воздействий на нижние части колонн или при просадках грунта основания.

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

Источники информации

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

2. Мельников Н.П. Металлические конструкции промышленных зданий и сооружений. Справочник проектировщика [Текст] / Н.П Мельников, А.И. Бежевец, З.И. Брауде и др. - Владимир, 1962. - 591 с.

3. СП 16.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. Стальные конструкции [Текст] / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя CCCP. 1990. - 96 c.