RU2179218C2

RU2179218C2 - Principal truss

Info

Publication number: RU2179218C2
Application number: RU99115249A
Authority: RU
Inventors: В.В. Зайончковский; В.А. Осин; В.Я. Орлов
Original assignee: Зайончковский Виктор Владимирович; Осин Владимир Александрович; Орлов Владимир Яковлевич
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: building structures. SUBSTANCE: principal truss used in long building members such as principal trusses of roofs, ceilings of buildings and structures has top and bottom ledges and rod braces made of glass-reinforced or organic plastic their volume proportion being from 1:0.95:0.3 to 1:0.5:0.2. Principal truss may be made in the form of three- or five-section structure. EFFECT: reduced material and labor consumption. 4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в длинномерных строительных элементах, в частности, стропильных фермах крыш для образования перекрытия зданий и сооружений. The invention relates to building structures and can be used in long building elements, in particular, roof trusses for the formation of the overlap of buildings and structures.

К стропильным фермам предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности и надежности, безопасности при длительной эксплуатации в условиях воздействия снеговых и ветровых нагрузок, тепловых деформаций, состава атмосферы в зданиях, обеспечения быстроты сборки-разборки, трансформируемости при минимально возможной их массе. Однако, при решении вопросов снижения массы возникает опасность преждевременного разрушения. Поэтому в стропильных фермах используют различные комбинации структур материалов. Особенно актуальной является задача создания жестких и прочных стропильных ферм с использованием свойств композиционных материалов. Rafter trusses are subject to increased requirements for rigidity, strength and reliability, safety during long-term operation under the influence of snow and wind loads, thermal deformations, the composition of the atmosphere in buildings, ensuring the speed of assembly-disassembly, transformability with the minimum possible weight. However, when solving the problems of mass reduction, there is a danger of premature destruction. Therefore, in truss farms use various combinations of material structures. Of particular relevance is the task of creating rigid and durable truss trusses using the properties of composite materials.

Известна стропильная ферма, содержащая верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные из линейных элементов с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки и крепления на несущих опорах (патент США N 2248380, кл.52-642, 1941). Known truss containing upper and lower belts, fastened with rod ties, respectively, made of linear elements with a constant cross-sectional profile, and supporting pads with holes at the ends of the lower belt for installation and fastening on the bearing supports (US patent N 2248380, CL 52 -642, 1941).

Известна другая стропильная ферма, содержащая верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные из линейных профилированных элементов постоянного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки крепления на несущих опорах (патент США N 2764108, кл. 52-642, 1956). Another truss truss is known, containing the upper and lower belts fastened with rod ties, respectively, made of linear profiled elements of constant cross section, and support pads with holes at the ends of the lower belt for mounting on the supporting supports (US patent N 2764108, CL 52-642 , 1956).

Эти фермы выполнены с применением стержневых элементов из дерева, скрепленных по длине. These trusses are made using rod elements made of wood, fastened along the length.

Известны также стропильные фермы из стальных или алюминиевых стержневых элементов фирмы ЛЮСЬЕН ВАЛЬТЕР (Франция) (см. приложение 1). Rafter trusses made of steel or aluminum bar elements of the company LUXIEN WALTER (France) are also known (see Appendix 1).

Известны строительные конструкции, изготовленные из элементов с применением композиционных материалов (заявка ЕПВ N 0412910 A1, E 04 C 3/28,1990) или полых элементов (заявка ЕПВ N 0663486 A1, E 04 C 3/28, 1994). Known building structures made of elements using composite materials (application EPO N 0412910 A1, E 04 C 3 / 28,1990) or hollow elements (application EPO N 0663486 A1, E 04 C 3/28, 1994).

В описании авторского свидетельства СССР N 1609898, E 04 B 1/32, 1990 г. представлена строительная конструкция, содержащая арочные полые профили из стеклопластика с клееными прослойками из дерева. In the description of the USSR author's certificate N 1609898, E 04 B 1/32, 1990, a building structure is presented containing arched hollow profiles made of fiberglass with glued layers of wood.

В указанных конструкциях стропильных ферм отсутствуют возможности уменьшения массы материала для их облегчения. In these constructions of truss trusses there is no possibility of reducing the mass of material to facilitate them.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является стропильная ферма по патенту США N 2764108. The closest analogue, selected as a prototype, is a truss truss according to US patent N 2764108.

Основной задачей изобретения является создание стропильных ферм с применением композиционных материалов на основе длинноволокнистого наполнителя - стекловолокон и полимерного связующего. The main objective of the invention is the creation of trusses using composite materials based on a long-fiber filler - glass fibers and a polymer binder.

Техническим результатом от использования изобретения является уменьшение массы стропильных ферм, обеспечение быстроты монтажа и демонтажа строительных конструкций, с обеспечением их высокой жесткости, прочности и надежности. The technical result from the use of the invention is to reduce the mass of trusses, ensuring the speed of installation and dismantling of building structures, ensuring their high rigidity, strength and reliability.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет выполнения верхнего и нижнего поясов и стержневых связей между ними из композиционного материала волокнистой структуры продольной направленности и выбора объемного соотношения в них пластика. The main problem is solved and the technical result is achieved by performing the upper and lower belts and rod connections between them from a composite material of a fibrous structure of longitudinal orientation and the choice of the volume ratio of plastic in them.

Для этого, в стропильной ферме, содержащей верхний и нижний пояса, скрепленные стержневыми связями, соответственно выполненные с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки с отверстиями на концах нижнего пояса для установки и крепления на несущих опорах, линейные элементы верхнего и нижнего поясов и стержневых связей выполнены из стекло- или базальтопластика на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон при объемном соотношении пластика верхнего, нижнего поясов и стержневых связей от 1:0,95:0,3 до 1: 0,5: 0,2. Пояса фермы со стержневыми связями выполнены в виде секций - центральной пятиугольной и двух концевых треугольных, состыкованных между собой по параллельным вертикальным разъемам. Во втором варианте пояса фермы со стержневыми связями могут быть выполнены в виде секций - центральной пятиугольной, двух концевых треугольных и двух промежуточных четырехугольных, состыкованных между собой по параллельным вертикальным разъемам. Линейные элементы верхнего и нижнего поясов и стержневых связей могут быть выполнены трубчатыми - круглого или прямоугольного профиля или сплошными - таврового или двутаврового профиля. To do this, in a truss containing upper and lower belts, fastened with rod ties, respectively, made with a constant cross-sectional profile, and supporting platforms with holes at the ends of the lower belt for installation and mounting on bearing supports, linear elements of the upper and lower belts and rod ties are made of glass or basalt plastic based on longitudinally intersecting longitudinally arranged glass or basalt fibers with a volume ratio of plastic of the upper, lower owls and core bonds from 1: 0.95: 0.3 to 1: 0.5: 0.2. The truss belts with rod ties are made in the form of sections - a central pentagonal and two end triangular, joined together by parallel vertical connectors. In the second version, truss belts with rod ties can be made in the form of sections - a central pentagonal, two end triangular and two intermediate quadrangular, joined together by parallel vertical connectors. The linear elements of the upper and lower zones and rod connections can be made tubular - round or rectangular profile or solid - T-shaped or I-shaped.

Отличительными особенностями стропильной фермы являются следующие признаки:
- выполнение линейных элементов верхнего и нижнего поясов и стержневых связей из стекло- или базальтопластика,
- выполнение стекло- или базальтовых элементов строительной фермы на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон (жгутов, ровингов) и полимерного связующего,
- объемное соотношение пластика верхнего, нижнего поясов и стержневых связей от 1: 0,95: 0,3 до 1: 0,5: 0,2,
- выполнение поясов со стержневыми связями в ферме в виде состыкованных секций - центральной пятиугольной и двух концевых треугольных,
- выполнение поясов со стержневыми связями в ферме в виде секций - центральной пятиугольной, двух концевых треугольных и двух промежуточных четырехугольных,
- состыковка секций фермы во всех вариантах, по параллельным вертикальным разъемам,
- выполнение линейных элементов верхнего и нижнего поясов и стержневых связей фермы трубчатого профиля - круглого или прямоугольного, или сплошного профиля - таврового или двутаврового.Distinctive features of the truss truss are the following features:
- the implementation of the linear elements of the upper and lower zones and rod ties of glass or basalt plastic,
- the implementation of glass or basalt elements of a building farm on the basis of wave-like intersecting longitudinally arranged glass or basalt fibers (bundles, rovings) and a polymer binder,
- the volume ratio of plastic upper, lower belts and core bonds from 1: 0.95: 0.3 to 1: 0.5: 0.2,
- the implementation of belts with rod ties in the farm in the form of docked sections - the central pentagonal and two end triangular,
- the implementation of belts with rod ties in the farm in the form of sections - a central pentagonal, two end triangular and two intermediate quadrangular,
- docking sections of the farm in all versions, parallel vertical connectors,
- the implementation of the linear elements of the upper and lower zones and rod connections truss tubular profile - round or rectangular, or a solid profile - tee or double tee.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. В предложенной стропильной ферме ее верхний и нижний пояса и стержневые связи между ними выполнены из стекло- или базальтопластика на основе стекло- или базальтоволокон, имеющих в них продольное расположение. Верхний пояс воспринимает сжимающие нагрузки, нижний пояс воспринимает растягивающие нагрузки, стержневые связи между поясами воспринимают сжимающие нагрузки, что дает возможность наиболее эффективно реализовать прочностные свойства стекло- или базальтоволокон. Минимальной массы стропильная ферма выполняется из указанного материала - пластика при объемном соотношении его в верхнем, нижнем поясе и стержневых связей между ними в пределах от 1:0,95:0,3 до 1:0,5:0,2. Выполнение стропильной фермы из линейных стержней с одинаковым профилем поперечного сечения становится невыгодным и приводит к неэффективному применению стекло- или базальтоволокон. В указанных пределах объемного соотношения пластика достигается наименьшая масса стропильной фермы. Секционное выполнение стропильной фермы повышает ее производительное изготовление, транспортировку и обеспечивает быстроту сборки строительной площадки. Предлагаемая конструкция фермы может быть произведена из линейных элементов, выполненных полыми или сплошными, что позволяет эффективнее использовать армирующие волокна в соответствующем профиле. These distinctive features are significant, since each of them individually and jointly aimed at solving the problem and achieving a new technical result. In the proposed truss truss, its upper and lower belts and the rod connections between them are made of glass or basalt plastic based on glass or basalt fibers having a longitudinal arrangement in them. The upper belt accepts compressive loads, the lower belt accepts tensile loads, the rod connections between the belts absorb compressive loads, which makes it possible to most effectively realize the strength properties of glass or basalt fibers. The minimum weight of the truss truss is made of the specified material - plastic with a volumetric ratio of it in the upper, lower zone and the core connections between them in the range from 1: 0.95: 0.3 to 1: 0.5: 0.2. The implementation of the truss from linear rods with the same cross-sectional profile becomes disadvantageous and leads to inefficient use of glass or basalt fibers. Within the specified volumetric ratio of plastic, the smallest mass of the truss truss is achieved. Sectional implementation of the truss truss increases its productive manufacturing, transportation and ensures the quick assembly of the construction site. The proposed truss design can be made of linear elements made hollow or solid, which allows more efficient use of reinforcing fibers in the corresponding profile.

Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствующим критерию "новизна". Единая совокупность новых существенных признаков и общих известных существенных признаков в предложенном техническом решении позволяет получить стропильную ферму минимальной массы, высокой жесткости и прочности, эффективно воспринимающей снеговые и ветровые нагрузки без разрушения, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники аналогов и прототипа. Новое техническое решение получено в результате опытно-конструкторской и экспериментальной работы и творческого вклада в разработку и создание новых видов и модификаций стропильных ферм, получено без использования каких-либо стандартов или рекомендаций в данной области строительной техники, является оригинальным и неочевидным для специалиста, в совокупности новых и общих известных существенных признаков соответствует критерию "изобретательский уровень". Distinctive essential features are new, since their use in the prior art, analogues and prototype was not found, which allows us to characterize the proposed technical solution according to the criterion of "novelty." A single set of new essential features and common known essential features in the proposed technical solution allows to obtain a truss truss of minimum weight, high rigidity and strength, effectively absorbing snow and wind loads without destruction, which characterizes the proposed technical solution by significant differences from the prior art analogues and prototype. The new technical solution was obtained as a result of experimental design and experimental work and creative contribution to the development and creation of new types and modifications of roof trusses, obtained without using any standards or recommendations in this field of construction equipment, is original and not obvious to a specialist, in total new and common known essential features meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 представлен общий вид стропильной фермы, на фиг. 2 - вид на стропильную ферму снизу, на фиг. 3 - трехсекционная стропильная ферма, на фиг. 4 - пятисекционная стропильная ферма, на фиг. 5 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде полого круглого профиля, на фиг. 6 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде полого прямоугольного профиля, на фиг. 7 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде сплошного таврового профиля, на фиг. 8 - типовое поперечное сечение линейных элементов фермы в виде сплошного двутаврового профиля, на фиг. 9 - пример использования стропильной фермы. In FIG. 1 shows a general view of a truss truss; in FIG. 2 is a bottom view of the truss truss, in FIG. 3 - three-section rafter truss, in FIG. 4 - a five-section rafter truss, in FIG. 5 is a typical cross-section of linear elements of a truss in the form of a hollow circular profile, FIG. 6 is a typical cross-section of linear elements of the truss in the form of a hollow rectangular profile, in FIG. 7 is a typical cross-section of linear elements of the truss in the form of a continuous T-profile, in FIG. 8 is a typical cross-section of linear elements of the truss in the form of a continuous I-beam profile, FIG. 9 is an example of the use of a truss truss.

Стропильная ферма содержит верхний и нижний пояса 1, 2, скрепленные стержневыми связями 3, соответственно выполненные из линейных элементов 4-6 (фиг. 5 - 8), с постоянным профилем поперечного сечения, и опорные площадки 7, 8 с отверстиями 9, 10 на концах нижнего пояса 2 для установки и крепления на несущих опорах 11, 12 (фиг. 1). Линейные элементы 4-6 верхнего и нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 выполнены из стекло- или базальтопластика на основе волнообразно перекрещивающихся между собой продольно расположенных стекло- или базальтоволокон 13 (фиг. 2) при объемном соотношении пластика верхнего, нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 от 1:0,95:0,3 до 1:0,5: 0,2. Стропильная ферма может быть выполнена трехсекционной - из центральной пятиугольной секции 14 и двух концевых треугольных секций 15, 16, или пятисекционной - центральной пятиугольной секции 14, двух концевых треугольных секций 15, 16 и двух промежуточных четырехугольных секций 17, 18 между ними, соответственно состыкованных по вертикальным параллельным разъемам 19, 20 или 21, 22 и 23, 24. The truss truss contains the upper and lower chords 1, 2, fastened with rod ties 3, respectively, made of linear elements 4-6 (Figs. 5-8), with a constant cross-sectional profile, and supporting platforms 7, 8 with holes 9, 10 on the ends of the lower belt 2 for installation and mounting on the supporting bearings 11, 12 (Fig. 1). Linear elements 4-6 of the upper and lower belts 1, 2 and rod connections 3 are made of glass or basalt plastic based on longitudinally intersecting longitudinally arranged glass or basalt fibers 13 (Fig. 2) with a volume ratio of plastic upper, lower belts 1, 2 and core bonds 3 from 1: 0.95: 0.3 to 1: 0.5: 0.2. The truss truss can be made three-sectional - from the central pentagonal section 14 and two end triangular sections 15, 16, or five-sectional - the central pentagonal section 14, two end triangular sections 15, 16 and two intermediate quadrangular sections 17, 18 between them, respectively docked along vertical parallel connectors 19, 20 or 21, 22 and 23, 24.

Максимальное объемное соотношение пластика 1:0,95:0,3 верхнего, нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 наиболее эффективно для тяжелонагруженной стропильной фермы. The maximum volumetric ratio of plastic 1: 0.95: 0.3 of the upper, lower belts 1, 2 and rod ties 3 is most effective for a heavily loaded truss truss.

Минимальное объемное соотношение пластика 1:0,5:0,2 верхнего, нижнего поясов 1, 2 и стержневых связей 3 наиболее эффективно для малонагруженной стропильной фермы. The minimum volumetric ratio of plastic 1: 0.5: 0.2 of the upper, lower belts 1, 2 and core ties 3 is most effective for a lightly loaded truss truss.

Варьирование объемными соотношениями пластика в пределах максимального и минимального соотношения позволяет получать стропильные фермы с наиболее выгодной структурой их армирования. Varying the volumetric ratios of plastic within the maximum and minimum ratios allows you to get truss trusses with the most favorable structure for their reinforcement.

Крепление стержневых связей 3 к верхнему и нижнему поясам 1, 2, соединение секций 14-18 и линейных элементов 4-6 между собой осуществляется посредством накладок или фасонных переходников и стержневыми резьбовыми элементами. The fastening of the rod ties 3 to the upper and lower belts 1, 2, the connection of sections 14-18 and linear elements 4-6 to each other is carried out by means of overlays or shaped adapters and rod threaded elements.

Для изготовления стропильных ферм с использованием нового технического решения использовались линейные профили, полученные термовытяжкой в фильерных устройствах, производства Ступинского завода "Стеклопластик" Московской обл. Линейные профили изготавливались из стекложгута марки РБН-13-25-20 на связующем ЭД-20, имеющем эпоксидную основу, отвержденном И-НТГФА с ускорителем - лапролом 202. Для уменьшения трения при прохождении фильерного устройства в материал профилей вводился хлористый цинк. For the manufacture of truss trusses using a new technical solution, linear profiles obtained by thermal drawing in spunbond devices manufactured by the Stupinsky Fiberglass Plant of the Moscow Region were used. Linear profiles were made of a fiberglass of the grade RBN-13-25-20 on a binding ED-20 having an epoxy base, cured I-NTGFA with an accelerator - laprol 202. To reduce friction during passage of the spinneret device, zinc chloride was introduced into the profile material.

Проведенные испытания стеклопластиковой фермы, изготовленной из композиционного материала на основе вышеприведенных компонентов, подтвердили их высокую прочность и надежность. Испытания стропильной фермы проводились с приложением распределенных и сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу 1. Реализация предложенного технического решения позволяет получить высококачественные стропильные фермы из стекло- или базальтопластика и полимерного связующего для перекрытий зданий, павильонов, стоянок, укрытий различного типа и номенклатуры. Для увеличения поперечной прочности стекло- или базальтоволокна 13, расположенные в продольном направлении линейных элементов 4-6, имеют волнообразное перекрещивание между собой, что повышает их сопротивляемость от воздействующих нагрузок. Стропильная ферма хорошо воспринимает вибрационно- колебательные нагрузки. The tests of a fiberglass truss made of a composite material based on the above components confirmed their high strength and reliability. Tests of the truss truss were carried out with the application of distributed and concentrated loads to the upper belt 1. The implementation of the proposed technical solution allows to obtain high-quality truss trusses made of glass or basalt plastic and a polymer binder for floors of buildings, pavilions, parking lots, shelters of various types and nomenclature. To increase the transverse strength of the glass or basalt fiber 13, located in the longitudinal direction of the linear elements 4-6, have a wave-like intersection between themselves, which increases their resistance to impact loads. The truss truss well perceives vibration-vibrational loads.

Таким образом, предложенное техническое решение по конструктивному исполнению является новым и эффективным по сравнению с известным уровнем техники. Thus, the proposed technical solution for the design is new and effective compared to the prior art.

Объем предлагаемого изобретения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение, приведенное в описании, формуле и чертежах. Следует иметь в виду, что форма выполнения представляет собой только возможные предпочтительные варианты его осуществления, могут быть различные комбинации в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема, изложенных в пунктах формулы. Кроме того, предложенное техническое решение не ограничивается его использованием в стропильных фермах, может быть использовано в фермах с параллельным расположением верхнего и нижнего поясов и других областях строительства, где требуется применение ферм из композиционных материалов повышенной прочности и надежности, и других свойств, описанных в материалах заявки. The scope of the invention should be understood broader than the specific implementation given in the description, formula and drawings. It should be borne in mind that the form of execution is only possible preferred options for its implementation, there may be various combinations with respect to the shape, size and location of the individual elements, if all this does not go beyond the scope set forth in the claims. In addition, the proposed technical solution is not limited to its use in truss trusses, can be used in trusses with parallel arrangement of the upper and lower chords and other areas of construction where the use of trusses from composite materials of increased strength and reliability, and other properties described in the materials is required applications.

Новое техническое решение в предложенной совокупности новых и общих известных существенных признаков соответствует критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения. The new technical solution in the proposed combination of new and common known essential features meets the criterion of "industrial applicability", i.e. level of invention.

Claims

1. Rafter truss containing upper and lower belts, fastened with rod ties, respectively, made of linear elements with a constant cross-sectional profile, and supporting platforms with holes at the ends of the lower belt for installation and fastening on the bearing supports, characterized in that the linear elements of the upper and lower belts and core connections are made of glass or basalt plastic based on longitudinally intersecting longitudinally arranged glass or basalt fibers with a volumetric ratio uu plastic top, bottom belts and rod connections from 1: 0, 95: 0.3 to 1: 0.5: 0.2.

2. The farm according to claim 1, characterized in that its belts with rod connections are made in the form of sections - a central pentagonal and two end triangular, joined together by parallel vertical connectors.

3. The farm according to claim 1, characterized in that its belts with rod connections are made in the form of sections - a central pentagonal, two end triangular and two intermediate quadrangular, joined together by parallel vertical connectors.

4. Farm according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the linear elements of the upper and lower zones and rod ties are made tubular, round or rectangular profile, or solid, T-shaped or I-shaped.