Опорная система для усиления промышленных зданий

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при реконструкции башенных промышленных зданий. Технический результат заключается в создании опорной системы для усиления, позволяющей повысить пространственную жесткость здания. Сущность изобретения заключается в том, что опорная система для усиления промышленных зданий включает в себя каркас из опорных элементов и элементов связей. Каркас выполнен в форме усеченного конуса, в который вписано здание и состоит из равнорасположенных по окружности наклонных опорных элементов, жестко соединенных расположенными в горизонтальной плоскости элементами связи. Смежные опорные элементы установлены симметрично друг к другу и жестко соединены верхними концами друг с другом, а нижние концы жестко соединены с нижними концами последующих опорных элементов. Элементы связи установлены также в промежуточных сечениях каркаса дополнительно к имеющимся и в каждом ярусе установлены попарно дополнительные наклонные опорные элементы, жестко состыкованные друг с другом верхними концами и промежуточным элементом связи соответствующего яруса, а нижними концами - с нижними концами основных опорных элементов. 5 ил.

Изобретение относится к строительству, применяется при реконструкции башенных промышленных зданий или сооружений круглого сечения в плане, в частности может быть использовано для усиления вентиляторных градирен.

Известны опорные системы для замены кожуха доменной печи, включающие шахтные колонны, соединенные платформой с подкупольной частью и связями между собой, причем платформа выполнена из пропущенных через образованные с подкупольной части проемы пересекающихся балок с консольно выступающими концами, при этом концы балок жестко соединены с подкупольной частью криволинейными накладками, а шахтные колонны - попарно [1] (аналог).

Известные опорные системы не обеспечивают достаточной прочности и жесткости колонн, поскольку последние расположены вертикально.

Известно также устройство для усиления одноэтажного промышленного здания, включающего каркас в виде поперечных рам, составленных из металлических колонн и опирающегося на них покрытия, продольные связи между металлическими колоннами, подкрановые балки, закрепленные на металлических колоннах, и элементы связей, соединяющие ниже закрепления подкрановых балок металлические колонны и основание и расположенные под углом к основанию, причем элементы связей установлены попарно с одной стороны каркаса и выполнены жесткими, при этом парные элементы связей расположены симметрично относительно плоскости поперечной рамы и соединены с металлическими колоннами листовыми диафрагмами [2] (прототип).

Указанное устройство обладает следующими недостатками: а) оно предназначено для усиления только промышленных зданий прямоугольного сечения в плане; б) устройство не обладает достаточной пространственной жесткостью и имеет слабую жесткость на кручение; в) затруднен монтаж устройства на промышленных зданиях, имеющих горизонтальное сечение переменного диаметра по вертикали, особенно, если диаметр основания больше диаметра верхней части здания, что делает невозможным монтаж вертикальных колонн; г) наличие многочисленных поперечных рам, металлических колонн и элементов связей повышает металлоемкость устройства.

Целью (задачами) данного изобретения являются повышение пространственной жесткости и прочности системы, увеличение технологичности монтажа и снижение металлоемкости.

Указанные задачи достигаются тем, что в опорной системе для усиления промышленных зданий, включающей в себя каркас из опорных элементов и элементов связей, каркас выполнен в виде усеченного конуса, в который вписано здание, и состоит из равнорасположенных наклонных опорных элементов, жестко соединенных элементами связи в горизонтальной плоскости. Смежные опорные элементы установлены симметрично друг к другу и жестко соединены верхними концами друг с другом, а их нижние концы жестко соединены с нижними концами последующих соседних опорных элементов. Элементы связи выполнены в виде круглого обода или равностороннего многоугольника, стороны которого составлены из стержней. Элементы связи расположены, обычно, в верхней и нижней частях каркаса и образуют основания усеченного конуса каркаса. При необходимости усиления каркаса или с учетом особенностей конфигурации здания, они могут быть установлены в промежуточных сечениях каркаса дополнительно к имеющимся. При выполнении каркаса многоярусные элементы связи установлены в промежуточных сечениях каркаса в обязательном порядке и в каждом ярусе установлены попарно дополнительные наклонные опорные элементы, жестко состыкованные друг с другом верхними концами и промежуточным элементом связи соответствующего яруса, а нижними концами - с нижними концами основных опорных элементов. При необходимости на опорных элементах и элементах связи каркаса могут быть выполнены дополнительные упоры, выступы или анкерные связи для принятия нагрузки тяжести здания.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой опорной системы в одноярусном исполнении; на фиг.2 изображен вид сверху опорной системы по фиг.1 с элементами связи в виде круглого обода; на фиг.3 - то же, с элементами связи в виде равностороннего многоугольника; на фиг.4 приведена схема опорной системы в трехъярусном исполнении; на фиг.5 изображена схема опорной системы в двухъярусном исполнении, предназначенная для поддержки промышленного здания круглого сечения в плане, например, для разрушающейся градирни.

Опорная система для усиления промышленных зданий включает в себя каркас, выполненный в форме усеченного конуса. Каркас охватывает снаружи здание (фиг.5), то есть здание вписано в опорную систему, общее контурное очертание которой представляет собой геометрическую фигуру в виде усеченного конуса. Каркас состоит из равнорасположенных по окружности (по окружной координате) наклонных опорных элементов 1 и 2, жестко соединенных элементами связи 3 и 4, которые расположены в горизонтальной плоскости. Смежные опорные элементы 1 и 2 установлены симметрично друг к другу и жестко соединены верхними концами друг с другом. Их нижние концы жестко соединены с нижними концами последующих соседних опорных элементов. Элементы связи 3 и 4 выполнены в виде круглого обода или равностороннего многоугольника, стороны которого составлены из стержней 5 и 6. Число сторон многоугольника соответствует числу стыковочных узлов опорных элементов. Элементы связи 3 расположены в верхней части каркаса и образуют верхнее основание усеченного конуса каркаса. Элементы связи 4 расположены в нижней части каркаса и образуют нижнее основание усеченного конуса каркаса. При реализации элементов связи в виде многоугольника (фиг.3) стержнями 5 формируется верхнее основание, а стержнями 6 - нижнее основание. Для усиления каркаса могут быть установлены дополнительные элементы связи 7 в промежуточных сечениях усеченного конуса дополнительно к имеющимся.

При выполнении каркаса многоярусным (фиг.4 и 5) в промежуточных сечениях каркаса смонтированы ярусные элементы связи, например, 8 и 9 для трехъярусного каркаса. В каждом ярусе установлены попарно дополнительные наклонные опорные элементы 10 и 11 для среднего яруса и наклонные опорные элементы 12 и 13 для нижнего яруса. Опорные элементы 10 и 11 жестко состыкованы друг с другом верхними концами и с промежуточным ярусным элементом связи 8, а нижними концами - с нижними концами основных опорных элементов 1 и 2. Опорные элементы 12 и 13 жестко состыкованы друг с другом верхними концами и с промежуточным ярусным элементом связи 9, а нижними концами - с нижними концами основных опорных элементов 1 и 2.

Здание (или сооружение), подлежащее усилению, имеет возможность опоры на стыковочные узлы опорных элементов, а также непосредственно на горизонтальные элементы связи (обод 3, стержни многоугольника 5 и ярусные элементы связи 8, 9). При необходимости на опорных элементах и элементах связи каркаса могут быть выполнены дополнительные упоры, выступы, крепления или анкерные связи 14 и 15 для принятия нагрузки тяжести здания (сооружения) 16. Каркас опорной системы опирается на фундамент 17.

Опорная система работает следующим образом.

Каркас опорной системы может работать в двух вариантах. В первом варианте каркас монтируют без предварительного нагружения и он включается в работу при возможном дальнейшем разрушении здания или сооружения, то есть выполняет страховочную роль. Во втором варианте каркас монтируют с предварительным натягом, обеспечивая восприятие части нагрузки (от тяжести, от ветра и т.д.) здания или сооружения каркасом опорной системы в момент его установки. Таким образом, в обоих вариантах часть нагрузки от тяжести здания или сооружения с оборудованием передаются через контактные точки (дополнительные упоры, выступы или анкерные связи) 14 и 15 и элементы связи 3, 4, 5, 6, 8, 9 на опорные элементы 1, 2, 10, 11, 12, 13 каркаса и далее на фундамент 17 каркаса. В тоже время элементы связи служат для соединения опорных элементов в единую конструкцию и обеспечивают восприятие поперечных нагрузок и растягивающих усилий.

Предлагаемая опорная система обладает высокой пространственной жесткостью, поскольку элементы системы образуют жесткие треугольники. Система обеспечивает восприятие части нагрузки, действующего на здание или сооружение, предотвращая его разрушение (падение и др.). Конструкция каркаса обладает малой металлоемкостью, поскольку ее элементы работают в основном на сжатие и растяжение, а не на изгиб, а также не требуется применение массивных металлических колонн. Форма опорной системы позволяет устанавливать фундамент системы на некотором удалении от зоны ослабленного фундамента сооружения, обеспечивая тем самым прочность, устойчивость и надежность самой опорной системы.

Годовой экономический эффект ориентировочно составляет от 3 тыс. до 1 млн. и более условных денежных единиц в зависимости от вида сооружений.

Источники информации, принятые во внимание 1. Авторское свидетельство СССР 1216311 по М. Кл. - Е 04 G 23/00, опубл. 07.03.86 г., Бюл. 9.

2. Авторское свидетельство СССР 1357526 по М. Кл. - Е 04 G 23/00, опубл. 07.12.87 г., Бюл. 45.

Формула изобретения

Опорная система для усиления промышленных зданий, включающая каркас из жестко соединенных опорных элементов и элементов связей, расположенных в горизонтальном положении, отличающаяся тем, что каркас выполнен в форме усеченного конуса, в который вписано здание, при этом опорные элементы выполнены наклонными и равнорасположены по окружности, причем смежные опорные элементы установлены симметрично друг к другу и жестко соединены друг с другом верхними концами, а их нижние концы жестко соединены с нижними концами последующих опорных элементов, при этом элементы связи установлены в промежуточных сечениях каркаса дополнительно к имеющимся, с образованием ярусных элементов связи, а также установлены попарно дополнительные наклонные опорные элементы, жестко состыкованные верхними концами друг с другом и промежуточным элементом связи соответствующего яруса, а нижними концами - с нижними концами основных опорных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.12.2004        БИ: 34/2004