Результат интеллектуальной деятельности: ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ СТАЛЬНАЯ БАЛОЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проектировании балочных конструкций промышленных и гражданских зданий с неполным каркасом, имеющих особо высокий и высокий уровни ответственности [1].

Известна балка (RU 2464386 C1, E04B 1/26, E04H 5/00 С1) увеличенной прочности и повышенной долговечности, достигаемой за счет усиления и защиты от коррозии опорных участков.

Известна также балка (RU 128222 U1, Е04В 1/94) повышенной огнестойкости, состоящая из несущего стержня в виде двутавра и огнезащитной облицовки, устойчивой к воздействию в виде неравномерного нагрева.

Недостатками указанных конструкций является незащищенность от аварийных воздействий, приводящих к разрушению их опорных узлов.

Задача изобретения - обеспечение недопущения прогрессирующих разрушений в здании с неполным каркасом при аварийном выключении из работы несущей системы средней опоры двухпролетной балки.

Технический результат - конструктивная схема балки, позволяющая предупреждать обрушение перекрытий и покрытий зданий в случае возникновения аварийных воздействий на стойки (локального нагрева при пожаре, провала в карстовую воронку, большой просадки грунта основания, техногенной аварии, террористического акта и т.п.).

Поставленная задача решена тем, что изготавливается противоаварийная стальная балочная конструкция, воспринимающая нагрузку от перекрытия и состоящая из двух швеллеров, свободно опирающихся на стены и стойку, отличающаяся тем, что один из швеллеров является разрезным и состоит из двух частей, связанных между собой средней пластиной с помощью болтов, приваренных к ней и установленных в криволинейных вырезах стенок частей разрезного швеллера, средняя пластина соединена гибкими связями со стойкой, соединения разрезного и неразрезного швеллеров у стен осуществляются с помощью болтов со втулками, а в пролетах - с помощью подкосных пластин, имеющих болтовые узлы соединения с неразрезным швеллером, снабженные храповыми механизмами, соединения частей разрезного швеллера с этими пластинами выполнено с помощью узлов, включающих приваренные к подкосным пластинам болты, установленные в криволинейных вырезах стенок частей разрезного швеллера, все криволинейные вырезы стенок частей разрезного швеллера имеют храповые рейки, а болты, входящие в эти вырезы, снабжены стопорными устройствами, перекрытия опираются на балочную конструкцию через планки, расположенные на верхней полке разрезного и неразрезного швеллера, но приваренные только к неразрезному швеллеру.

Конструкция поясняется схемами. На фиг. 1 изображена схема стальной балочной конструкции при нормативных условиях эксплуатации, где 1 - неразрезной швеллер, 2 - части разрезного швеллера, 3 - средняя пластина, 4 - подкосные пластины, 5 - планки; на фиг. 2 - схема трансформированной конструкции в нижнем положении при выключении стойки из работы несущей системы, где 6 - гибкие связи; на фиг. 3 - промежуточное положение конструкции; на фиг. 4 - разрез 1-1, где 7 - храповой механизм; на фиг. 5 - вид А, где 8 - втулка; на фиг. 6 - узел соединения пластины 4 с неразрезным швеллером 1; на фиг. 7 - разрез 2-2.

Балочная конструкция состоит из неразрезного 1 и частей 2 разрезного швеллера (фиг. 1). Каждая часть 2 разрезного швеллера связана с неразрезным швеллером с помощью болтов у опорных узлов на стены, при этом используется втулка 8 (фиг. 5), и подкосные пластины 4. Узлы соединения неразрезного профиля 1 и подкосных пластин 4 (фиг. 6) снабжены храповыми механизмами 7, обеспечивающими вращение элемента 4 относительно элемента 1. Части 2 разрезного швеллера соединены между собой средней пластиной 3 с приваренными к ней болтами, имеющими возможность перемещения по храповым рейкам криволинейных вырезов В1 в стенках частей 2 разрезного швеллера. Стойка, воспринимающая нагрузку от балочной конструкции при ее эксплуатации в нормальных условиях, соединена гибкими связями 6 со средней пластиной 3. Нагрузка от перекрытия передается на балочную систему через планки 5, приваренные только к неразрезному профилю 1.

При аварии части 2 разрезного швеллера приводятся в движение с помощью гибких связей 6. Подкосные пластины 4, средняя пластина 3 с помощью храповых механизмов 7 и храповых реек, установленных в криволинейных вырезах В1, В2, обеспечивают совместную эффективную работу элементов 1-4 по восприятию вертикальной нагрузки в любом из возможных трансформированных положений конструкции. При этом балочная конструкция перестраивается в рамную систему с шарнирными соединениями элементов 1 и 2, 2 и 3, 1 и 4, 2 и 4. В результате исключается обрушение перекрытия или покрытия.

Анализ типовых конструкций металлических балок [2, 3] и предложенного решения позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая конструкция имеет повышенную живучесть при аварийном воздействии на стойку. Это в значительной мере снижает риск прогрессирующего обрушения несущей системы здания в условиях возникновения запроектных воздействий. Кинематика системы при аварийной ситуации исследовалась с помощью объемной компьютерной модели. Несущая способность предлагаемой конструкции проверялась путем ее конечно-элементного анализа в номинальном и трансформированных положениях.

Разработанную балочную конструкцию выполняют из сталей и сплавов, применяемых в строительстве, и монтируют известными приемами. При ее монтаже неразрезной швеллер 1 и части 2 разрезного швеллера должны быть связаны между собой хомутами для исключения существенных взаимных смещений по вертикали. При установке конструкции на опоры эти хомуты удаляются.

Источники информации

1. ГОСТ Р 54257-2010. Надежность строительных конструкций и оснований. - М.: Стандартинформ, 2011. - 18 с.

2. Васильченко, В.Т. Справочник конструктора металлических конструкций [Текст] / В.Т. Васильченко, А.Н. Рутман, Е.П. Лукьяненко // 2-е изд., перераб. и доп.Киев.: Будивэльнык, 1990. - 312 с.

3. 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.