Стальная ферма повышенной живучести

Изобретение относится к строительным конструкциям, в частности к стальным фермам, и может быть использовано в зданиях и сооружениях, имеющих повышенный уровень ответственности [1].

Известна стальная ферма (RU 2386000 C1, Е04С 3/10), оборудованная для предотвращения своего падения во время аварии канатом и шпренгелем с одной или двумя стойками.

Недостатком указанной конструкции является возможность ее обрушения при аварийном повреждении нижнего пояса фермы совместно с тросом.

Известна стальная ферма (RU 2487222 С2, Е04С 3/293), повышенная живучесть которой достигается исключением внезапной потери устойчивости сжатых раскосов. Для этого все сжатые элементы решетки фермы выполняют из овальных труб с отношением большего габарита к меньшему, равным трем, при ориентации большего размера перпендикулярно плоскости фермы, а сжатые раскосы раскрепляют шпренгелями.

Недостатком данной фермы является незащищенность конструкции от обрушения в условиях аварийных ситуаций.

Задача изобретения - недопущение прогрессирующего разрушения конструкции фермы при аварийном выключении из работы стержня или среднего узла нижнего пояса.

Технический результат - предупреждение обрушения фермы в случае локального разрушения одного из стержней или средних узлов нижнего пояса при возможном аварийном воздействии (локальном нагреве при пожаре, техногенной аварии, террористическом акте и т.п.).

Поставленная задача решена тем, что изготавливается стальная ферма, состоящая из верхнего и нижнего поясов, соединенных между собой решеткой, отличающаяся тем, что содержит в узлах нижнего пояса коротыши, в узлах верхнего пояса - кронштейны, оборудованные пружинами сжатия, в верхней части - дополнительный горизонтальный стержень, прижатый пружинами к захватам и ограничиваемый по смещениям из плоскости фермы облегченными хомутами, к которому попарно приварены упоры - по одной паре напротив каждого из коротышей.

Конструкция поясняется схемами. На фиг. 1 изображена схема фермы, где 1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - стойки; 4 - раскосы; 5 - пружины сжатия; 6 - кронштейны; 7 - коротыши; 8 - захваты; 9 - дополнительный стержень; 10 - упоры; 11 - облегченные хомуты; 12 - опорные связи; на фиг. 2 - разрез А-А; на фиг. 3 - вид Б; на фиг. 4 - вид В; на фиг. 5 - вид Г; на фиг. 6, 7 - схемы трансформированной конструкции при выключении из работы соответственно стержня и среднего узла нижнего пояса.

Основная несущая система фермы включает верхний пояс 1, нижний пояс 2, стойки 3 и раскосы 4. Для повышения живучести конструкции вводится дополнительный стержень 9, который при нормальных условиях работы фермы прижат с помощью кронштейнов 6 и пружин сжатия 5 к захватам 8. Смещение этого стержня из плоскости фермы ограничивается облегченными хомутами 11. Для работы в условиях аварийных ситуаций дополнительный стержень 9 оборудован попарно приваренными упорами 10, а нижний пояс фермы - коротышами 7.

При разрушении стержня или среднего узла нижнего пояса ферма получает значительный прогиб при возможной упругопластической работе материала, захваты 8 поворачиваются, высвобождая стержень 9. Под действием пружин 5 и сил тяжести стержень 9 опускается на коротыши 7. При этом скорость движения стержня вследствие ускорения, вызванного пружинами, будет существенно выше, чем скорость вертикального перемещения основных элементов конструкции фермы. В области локального разрушения коротыши после возможного разрушения облегченных хомутов начинают взаимодействовать с упорами 10, как показано на фиг. 4 и 5. При этом стержень 9 вступает в работу несущей системы. В результате исключается обрушение конструкции. Рекомендуется принимать: a=0,2h…0,3h (см. фиг. 1); ƒ=0,02a…0,04а (см. фиг. 5); δ₁=0,02h…0,03h (см. фиг. 2); δ₂=0,04h…0,05h (см. фиг. 2, 4), где h - высота фермы.

Анализ типовых конструкций металлических ферм [2, 3] и предложенного решения позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая конструкция имеет повышенную живучесть при аварийном выключении из работы стержня или среднего узла нижнего пояса фермы. Это в значительной мере снижает риск прогрессирующего разрушения фермы в условиях возникновения аварийных ситуаций.

Разработанную стальную ферму повышенной живучести выполняют из сталей, применяемых в строительстве, и монтируют известными приемами.

Источники информации

1. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения [Текст]. - Введ. 2015.17.23. - М.: Стандартин-форм, 2015. - 23 с.

2. Кудишин Ю.И. Металлические конструкции [Текст] / Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, B.C. Игнатьева и др. - М.: Издательский центр «Академия», 2011. - 688 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.