RU2029039C1

RU2029039C1 - Beam

Info

Publication number: RU2029039C1
Authority: RU
Inventors: Николай Павлович Селиванов
Original assignee: Николай Павлович Селиванов
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: construction. SUBSTANCE: beam includes wooden compressed and stretched lower belts connected by corrugated wall. Beam belts are asymmetric. Lower belt is made of stronger material with smaller sectional area, and wall is made with reduced amplitude of corrugation towards lower belt. Versions of beam corrugations are provided. EFFECT: higher efficiency. 12 cl, 21 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к несущим конструкциям балочного типа, предназначенным для восприятия пролетных нагрузок. The invention relates to the construction, namely, to the load-bearing structures of the beam type, designed for the perception of span loads.

Наиболее близким техническим решением является балка, включающая гофрированную стенку, соединяющую верхний и нижний деревянные несущие пояса. The closest technical solution is a beam that includes a corrugated wall connecting the upper and lower wooden load-bearing belts.

Недостатком известной конструкции является обусловленная ее техническим решением повышенная материалоемкость и недоиспользование прочностных возможностей материала стенки при восприятии эксплуатационных нагрузок. Так, примененный в известном решении тип гофрирования стенки не разгружает растянутый пояс балки, так как не воспринимает в должной мере растягивающие усилия от изгибающего момента. И в то же время при заданном расходе материала имеет относительно ограниченный диапазон ширины опирания на пояса, а последние, в том числе растянутый, выполняются сопоставимыми или одинаково развитыми, что приводит к общему утяжелению конструкции и перерасходу материалов. A disadvantage of the known design is due to its technical solution, increased material consumption and underutilization of the strength capabilities of the wall material during the perception of operational loads. So, the type of corrugation used in the known solution does not unload the stretched belt of the beam, since it does not adequately absorb tensile forces from the bending moment. And at the same time, for a given material consumption, it has a relatively limited range of bearing widths for belts, and the latter, including extended ones, are made comparable or equally developed, which leads to a general weighting of the structure and cost overrun of materials.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств балки при снижении материалоемкости. The purpose of the invention is to improve the performance of the beam while reducing material consumption.

На фиг. 1 дана балка в ортогональной проекции, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид с торца; на фиг. 3-5 - сечение А-А на фиг. 1, варианты решения различного гофрирования стенки; на фиг. 6 и 7 - вид сбоку и аксонометрия (варианты решений стенки балки с трехгранным клиновидным гофрированием и плоскими участками между клиновидными гофрами); на фиг. 8 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 8; на фиг. 10 - сечение Г-Г на фиг. 8; на фиг. 11 - вариант клиновидного гофрирования стенки балки с чередующимися выступами и выемками в виде призматических клиньев, аксонометрия; на фиг. 12 - гофрирование стенки в виде гипара с переменным по высоте, треугольным в плане сечения гофров, аксонометрия; на фиг. 13 - вариант с трапециевидной в сечении конфигурацией гофров, включающей чередование плоских и гипаровидных элементов, аксонометрия; на фиг. 14 - вариант с волнистым переменным по высоте гофрированием стенки, аксонометрия; на фиг. 15 - фрагментарно поперечное сечение варианта растянутого пояса балки с примыкающим к нему участком стенки; на фиг. 16 - фрагмент продольной части стенки в зоне стыковки сжатым поясом с зубьями; на фиг. 17 - поперечное сечение фрагмента стенки балки с разведенными зубьями; на фиг. 18 - углы наклона отогнутых зубьев стенки балки; на фиг. 19 - фрагмент стенки балки с различно отогнутыми зубьями, аксонометрия; на фиг. 20 - вариант опорного узла балки, вид сбоку; на фиг. 21 - вариант балки с переменным шагом и амплитудой гофров. In FIG. 1 shows a beam in orthogonal projection, side view; in FIG. 2 - the same, end view; in FIG. 3-5 is a section AA in FIG. 1, solutions for various corrugation of the wall; in FIG. 6 and 7 are a side view and a perspective view (solutions of a beam wall with trihedral wedge-shaped corrugation and flat sections between wedge-shaped corrugations); in FIG. 8 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 9 is a section BB in FIG. 8; in FIG. 10 is a section GG in FIG. 8; in FIG. 11 is a variant of the wedge-shaped corrugation of the beam wall with alternating protrusions and recesses in the form of prismatic wedges, axonometry; in FIG. 12 - corrugation of the wall in the form of a hypar with a variable height, triangular in terms of the cross section of the corrugations, axonometry; in FIG. 13 - option with a trapezoidal cross-section configuration of corrugations, including the alternation of flat and hypovar elements, axonometry; in FIG. 14 is an embodiment with a wavy wall corrugating of height, axonometry; in FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of an embodiment of a stretched belt of a beam with an adjacent wall portion; in FIG. 16 is a fragment of the longitudinal part of the wall in the docking zone with a compressed belt with teeth; in FIG. 17 is a cross section of a fragment of the wall of the beam with the teeth apart; in FIG. 18 - the angles of inclination of the bent teeth of the beam wall; in FIG. 19 is a fragment of the wall of the beam with differently bent teeth, axonometry; in FIG. 20 is a side view of a beam support assembly; in FIG. 21 is a variant of a beam with a variable pitch and amplitude of the corrugations.

Балка включает гофрированную стенку 1, соединенную по верхней 2 и нижней 3 кромкам с поясами 4 и 5. В однопролетном варианте балки пояс 4 сжат и выполнен деревянным, пояс 5 растянут и имеет менее развитое сечение. В консольных балках и в балках с промежуточными опорами расположение поясов или их участков может быть иным в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. The beam includes a corrugated wall 1, connected along the upper 2 and lower 3 edges with belts 4 and 5. In the single-span version of the beam, the belt 4 is compressed and made of wood, the belt 5 is stretched and has a less developed section. In cantilever beams and in beams with intermediate supports, the location of the belts or their sections may be different in accordance with the diagrams of bending moments.

Гофры стенки 1 выполнены с переменной амплитудой. Конструктивные решения гофров в соответствии с изобретением могут быть различным по конфигурации, но общим для них является изменение величины амплитуды по высоте стенки. Это изменение характеризуется градиентом амплитуды - положительным в сторону ее нарастания и отрицательным - в сторону убывания. The corrugations of the wall 1 are made with variable amplitude. The design solutions of the corrugations in accordance with the invention may be different in configuration, but common to them is the change in the magnitude of the amplitude along the height of the wall. This change is characterized by an amplitude gradient - positive in the direction of its increase and negative - in the direction of decreasing.

Положительный градиент и соответственно увеличение амплитуды направлены к сжатому поясу 4. A positive gradient and, accordingly, an increase in amplitude are directed to the compressed belt 4.

Этим обеспечивается более широкая зона опирания сжатого пояса 4 на стенку 1, улучшение работы материала поясов, повышение устойчивости балки в условиях эксплуатации при взаимном снижении материалоемкости поясов 4, 5 и стенки 1. Максимум амплитуды гофров стенки обеспечивается в зоне кромки 2, т. е. контакта со сжатым поясом или участком пояса, а минимум, в том числе сведение амплитуды на ноль, - в зоне кромки 3, т.е. контакта стенки с растянутым поясом 5. This provides a wider area of support of the compressed belt 4 on the wall 1, improving the work of the material of the belts, increasing the stability of the beam under operating conditions, while reducing the material consumption of the belts 4, 5 and wall 1. The maximum amplitude of the corrugations of the wall is provided in the zone of the edge 2, i.e. contact with a compressed belt or a section of the belt, and the minimum, including reducing the amplitude to zero, is in the zone of edge 3, i.e. wall contact with a stretched belt 5.

Конструктивно сжатый пояс 4 или по крайней мере сжатый участок пояса при многопролетной схеме опирания балки, кроме цельнодеревянного, может быть клеенодеревянным или комбинированным с включением деревянных элементов. Растянутый пояс 5 выполняют прямоугольным или профилированным под различные варианты опирания на него стенки 1 и других конструкций. Возможно решение пояса 5 в виде прутка сплошного стержня 6 или полой трубы 7 либо более сложного профиля 8, снабженного отбортованными полками 9. Structurally compressed belt 4 or at least a compressed section of the belt with a multi-span beam support scheme, in addition to the whole-wood one, can be glued-wood or combined with the inclusion of wooden elements. The stretched belt 5 is made rectangular or profiled for various options for supporting the walls 1 and other structures on it. Perhaps the solution of the belt 5 in the form of a rod of a solid rod 6 or a hollow pipe 7 or a more complex profile 8, equipped with flanged shelves 9.

Таким образом, пояса 4 и 5 в общем случае выполнены асимметричными один относительно другого. Thus, belts 4 and 5 are generally asymmetrical with respect to one another.

В объеме изобретения стенка 1 может иметь в продольном сечении, параллельном плоскости сжатого пояса 4, конфигурацию гофра прямоугольную 10 или близкую к прямоугольной, как показано на фиг. 3 и фиг. 11, либо иметь треугольные клиновидные гофры 11, чередующиеся с плоскими треугольными вставками 12. Within the scope of the invention, wall 1 may have a longitudinal corrugation 10 rectangular or close to rectangular, in a longitudinal section parallel to the plane of the compressed belt 4, as shown in FIG. 3 and FIG. 11, or have triangular wedge-shaped corrugations 11, alternating with flat triangular inserts 12.

Изобретением предусмотрен также вариант решения треугольной в плане конфигурации гофров 12 без плоских вставок между ними. В этом решении элементы 13 гофров 12 выполнены в виде сопряженных гипаров и могут в зоне кромки 3 контакта с растянутым поясом 5 образовывать прямую или близкую к прямой линию. The invention also provides an option for solving a triangular in terms of configuration corrugations 12 without flat inserts between them. In this solution, the elements 13 of the corrugations 12 are made in the form of conjugated hypars and can form a straight line or close to a straight line in the zone of the edge 3 of contact with the stretched belt 5.

Дальнейшим развитием этих решений является трапецеидальное гофрирование 14 (фиг. 13). В этом случае складки стенки 1 имеют форму чередующихся левых 15 и правых 16 клиновидных выступов и выемок. Такие гофры образованы из чередующихся разнонаклоненных плоских прямоугольных 17 или клиновидных пластин, сопряженных с гипаровидными элементами 18. A further development of these solutions is trapezoidal corrugation 14 (Fig. 13). In this case, the folds of the wall 1 are in the form of alternating left 15 and right 16 wedge-shaped protrusions and recesses. Such corrugations are formed from alternating differently inclined flat rectangular 17 or wedge-shaped plates conjugated with hypovaroid elements 18.

Кроме того, гофрирование стенки 1 может быть выполнено клиновидно волнистым 19 (фиг. 14). In addition, the corrugation of the wall 1 can be made wedge-shaped wavy 19 (Fig. 14).

Нижний пояс 5 и его вариантные конструктивные решения 6, 7 и 8, 9 выполняют из материалов повышенной прочности, хорошо работающих на растяжение, преимущественно из металлов, или комбинированными из сочетания металлов, дерева и/или пластмасс. Соединение стенки 1 с поясом 5 возможно на сварке, электрозакрепках, клеесварное, а при применении компактных стержневых 6 или трубчатых 7 вариантных решений растянутого пояса 5 предпочтительно решение, показанное на фиг. 8, 9; 10 и 14. При этом нижняя часть стенки 1 рассечена на консольные участки 20, которые разведены в разбежку и затем загнуты с обжатием и частичным или полным охватом элемента 6 или 7 растянутого пояса 5. Прочность и надежность соединения участков 20 стенки 1 с элементом 6 или 7 может быть дополнительно повышена введением клеевого слоя или применением контактной сварки. The lower belt 5 and its variant structural solutions 6, 7 and 8, 9 are made of materials of increased strength, well working in tension, mainly of metals, or combined of a combination of metals, wood and / or plastics. The connection of the wall 1 with the belt 5 is possible in welding, electric fasteners, glue-welded, and when using compact rod 6 or tubular 7 variant solutions of the extended belt 5, the solution shown in FIG. 8, 9; 10 and 14. In this case, the lower part of the wall 1 is cut into cantilever sections 20, which are spaced apart and then bent to compress and partially or fully cover the element 6 or 7 of the extended belt 5. Strength and reliability of the connection of the sections 20 of the wall 1 with the element 6 or 7 can be further enhanced by the introduction of an adhesive layer or the use of resistance welding.

Соединение стенки с менее прочным материалом сжатого пояса 4, преимущественно деревянным, предусмотрено путем врезки в него стенки и посадки на клею. Кроме того, разработаны конструктивные усиления соединения стенки 1 со сжатым поясом 4 в виде системы опорно-соединительных зубьев 21, 22 и 23. Зубья 21 и 22 выполнены разной длины. Более длинные из них зубья 21 являются основными, их располагают преимущественно на границах излома складки гофров стенки 1 и для усиления пространственной жесткости выполняют, например, с продольным изломом. Зубья 22 могут быть плоскими, совпадающими с плоскостью или образующей соответствующих участков гофров 10, 11, 13, 17, 18 или 19, либо разведены на угол 3-5о, считая от соответствующей плоскости или образующей (фиг. 17). The connection of the wall with a less durable material of the compressed belt 4, mainly wooden, is provided by inserting a wall into it and landing on glue. In addition, constructive reinforcements have been developed for connecting the wall 1 to the compressed belt 4 in the form of a system of supporting and connecting teeth 21, 22 and 23. The teeth 21 and 22 are made of different lengths. The longer of them, the teeth 21 are basic, they are mainly located on the boundaries of the fracture of the folds of the corrugations of the wall 1 and, for example, to increase the spatial rigidity, they are performed with a longitudinal fracture. The teeth 22 can be flat, coinciding with the plane or the generatrix of the corresponding sections of the corrugations 10, 11, 13, 17, 18 or 19, or bred at an angle of 3-5 °, counting from the corresponding plane or generatrix (Fig. 17).

Зубья 23 отогнуты через один вправо и влево, как показано на фиг. 18 и фиг. 19, относительно образующей участка стенки 1 под углами 90 ± α , где α - угол между продольной плоскостью симметрии балки и образующей соответствующего участка гофра стенки. Такой наклон обеспечивает опорно-касательный контакт зубьев 23 с обращенной к ним поверхностью пояса 4. The teeth 23 are bent through one to the right and left, as shown in FIG. 18 and FIG. 19, relative to the generatrix of the wall portion 1 at angles 90 ± α, where α is the angle between the longitudinal plane of symmetry of the beam and the generatrix of the corresponding portion of the corrugation of the wall. This tilt provides a tangential contact of the teeth 23 with the surface of the belt 4 facing them.

Кроме изменений амплитуды гофров по высоте стенки 1, чем собственно обусловлены различные вариантные решения клиновидности гофров, изобретением предусмотрена возможность изменения амплитуды 24 гофров по длине балки в сечении, параллельном, например, контактной плоскости сжатого пояса 4. Такое изменение амплитуды выполняют с увеличением ее в зоне наибольших нагрузок, например, в средней части пролета и при необходимости может быть конструктивно дополнено уступообразным 25 или плавным увеличением ширины сжатого пояса 4 (фиг. 21). Альтернативным конструктивным решением той же задачи в рамках изобретения может быть варьирование шага складки по длине пролета балки. In addition to changes in the amplitude of the corrugations along the height of the wall 1, which actually determines various variant solutions of the wedge-shaped corrugations, the invention provides for the possibility of changing the amplitude of 24 corrugations along the length of the beam in a section parallel to, for example, the contact plane of the compressed belt 4. Such an amplitude change is performed with its increase in the zone the greatest loads, for example, in the middle part of the span and, if necessary, can be structurally supplemented by a step-like 25 or a smooth increase in the width of the compressed belt 4 (Fig. 21). An alternative constructive solution to the same problem within the framework of the invention may be to vary the fold pitch along the span of the beam.

Для удобства опирания балки на стены или другие конструкции может быть использована известная составная опора (условно не показана) или приопорную часть балки выполняют с совмещением 26 верхнего сжатого 4 и нижнего растянутого пояса 5 (фиг. 20). For convenience, the beam is supported on walls or other structures, a known composite support (not shown conventionally) can be used or the support part of the beam is performed with a combination of 26 upper compressed 4 and lower stretched belt 5 (Fig. 20).

Балку изготавливают из материалов, применяемых в строительстве, включая дерево, металлы, сплавы, металлопласты и композиционные элементы. The beam is made from materials used in construction, including wood, metals, alloys, metal plastics and composite elements.

Работает конструкция по типу балочной. Нагрузка от выше расположенных ограждений (элементов покрытия) и эксплуатационных возможностей с соответствующего участка площади покрытия, перекрытия распределяется по верхнему поясу и через него и стенку 1 включает в работу нижний пояс. The design works like a beam. The load from the above fences (covering elements) and operational capabilities from the corresponding section of the coverage area, floor is distributed over the upper belt and through it and the wall 1 includes the lower belt.

Конструкция обеспечивает достижение положительного эффекта в виде снижения материалоемкости на 5-12% при одновременном улучшении таких основных эксплуатационных качеств как несущая способность, устойчивость. Это достигается путем рационального решения пространственных форм стенки 1 балки и ее сопряжений с поясами, адекватных свойствам материалов различных элементов и их сочетаний. The design ensures the achievement of a positive effect in the form of a reduction in material consumption by 5-12% while improving such basic operational qualities as bearing capacity, stability. This is achieved by rational solving the spatial forms of the wall 1 of the beam and its conjugations with belts, adequate to the properties of materials of various elements and their combinations.

Claims

BALKA SELIVANOVA N P.

1. A beam, including a compressed and stretched belt, a corrugated wall connected to them along the upper and lower edges, characterized in that the corrugations are made with variable amplitude, increasing or decreasing along the height of the wall and having a positive or negative gradient with a maximum at the level of connection with the compressed a belt and a minimum at the level of connection with the extended belt or its section, while the belts or at least one of the sections of one of the belts along the length of the beam are asymmetric with respect to one another moment of inertia and / or width and cross-sectional area in accordance with the sign of the amplitude gradient of the corrugation.

2. The beam according to claim 1, characterized in that the stretched belt or its section is made with a smaller moment of inertia and / or width and cross-sectional area than the corresponding section of the compressed belt.

3. The beam according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the stretched belt or at least one of its sections is made of metal or metal with a solid or profiled closed or open cross section.

4. The beam according to claims 1 to 3, characterized in that the corrugations are made in the form of folds of alternating right and left relative to the plane of symmetry of the wall of rectangular, or triangular, or trapezoidal protrusions and recesses.

5. The beam according to claims 1 to 3, characterized in that the corrugations are made curved with variable amplitude and radius of curvature and / or step of the corrugations along the height and / or length of the section of the beam or composite of alternating flat and curved elements within the step of folding the corrugations.

6. The beam according to claims 1 and 5, characterized in that the corrugations are made with variable amplitude and / or step of the corrugations in at least one section of the compressed or stretched belt or along its length.

7. The beam according to claims 1 and 2, characterized in that the corrugations are made in the form of a hypar with a maximum amplitude at the level of connection with a compressed belt or its section and with a minimum at the level of connection with a stretched belt or its section.

8. The beam according to claims 1 to 3, characterized in that the corrugations are made with alternating flat and curved sections connecting them or adjacent to them.

9. The beam according to claim 8, characterized in that the corrugations at the level of connection with the stretched belt or its section are made with zero amplitude.

10. The beam according to claims 1 to 9, characterized in that the corrugations are provided at the level of connection with the belts with sphenoid teeth.

11. The beam according to p. 10, characterized in that the teeth are made of variable length flat or volume-deformed with smooth edges or with protrusions.

12. The beam according to paragraphs 10 and 11, characterized in that at least part of the teeth is made with alternating alternating inclination relative to the plane or forming the corresponding corrugation, and the angle of inclination is ± 3-5 ^o relative to the generatrix or 90 ^° ± α relative to the normal to the contact surface of the wall connected to the corrugation belt, where a is the angle between the generatrix of the corrugation and the normal to the contact surface of the belt.