Оптимизация конструкции карнизного узла рамы из круглых труб

Введение. Статья посвящена оптимизации конструкции карнизного узла рамы, выполненной из круглых труб. Рассмотрена стальная решетчатая рама пролетом 66 м. Ригель рамы в виде фермы передает усилия через жесткий карнизный узел на стойку рамы. В подобных конструкциях максимальные изгибающие моменты воспринимает карнизный узел, регулирование геометрии которого является одной из задач оптимального проектирования. Целью данной работы является создание наиболее рационального конструктивного решения данного узла.

Материалы и методы. В решетчатых рамах с внутренней стороны сходятся, в зависимости от выбранной конструкции, 5–7 элементов, которые испытывают напряжение сжатия. Классические варианты выполнения данного узла приводят к необходимости применения более толстостенных труб, что является причиной перерасхода материала. В ходе исследования были выполнены моделирование и расчет карнизного узла в различных вариантах исполнения. В ходе анализа результатов расчета были определены недостатки рассмотренного карнизного узла рамы.

Результаты исследования. В результате оптимизации конструкции узла был предложен новый вариант, в котором соединение нижнего пояса выполнено при помощи прорезной фасонки. Данное решение позволяет наиболее полно использовать несущую способность сечения нижнего пояса.

Обсуждение и заключение. В результате оптимизации предлагаемая конструкция карнизного узла позволяет снизить металлоемкость при сохранении относительной простоты изготовления. При этом за счет снижения локальных напряжений удается добиться большей прочности и надежности карнизного узла.

1. Coduto DP, Kitch WA, Man-chu RY. Foundation design: principle and practices. Boston Columbus, Indianapolis, etc.: Pearson Education, Inc.; 2016. 960 p. URL: https://istasazeh-co.com/pdf/Foundation-design-principles-and-practices-Donald-P-Coduto.pdf (accessed: 01.04.2024).

2. Кузнецов В.В. (ред.). Справочник проектировщика. Том 3. Москва.: АСВ; 1999. 528 с. URL: https://s.siteapi.org/411667c697289ee.ru/docs/fc7956b158cafcb08994c5b2b10de03502fbd72a.pdf (дата обращения: 18.03.2024). Kuznetsov VV. (ed.). Designer's Handbook. Volume 3. Moscow: АСВ; 1999. 528 p. URL: https://s.siteapi.org/411667c697289ee.ru/docs/fc7956b158cafcb08994c5b2b10de03502fbd72a.pdf (accessed: 18.03.2024). (In Russ.).

3. Щуцкий С.В., Скуратов С.В., Лиманцев А.А. Методика проектирования стальных рам переменного сечения из прокатных двутавров. Современные тенденции в строительстве, градостроительстве и планировке территорий. 2022;1(4):4–14. https://doi.org/10.23947/2949-1835-2022-1-4-4-14

4. Щуцкий С.В., Коржов С.В., Лиманцев А.А. Исследование работы стальных рам с элементами переменного сечения, образованных путем диагонального роспуска двутавров по ГОСТ Р 57837–2017. Инженерный вестник Дона. 2022;(11). URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2022/8034 (дата обращения: 16.03.2024).

5. Катюшин В.В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения. Монография. Москва.: АСВ; 2018. 1072 с.

6. Palmer AC. Optimal Structure Design by Dynamic Programming. Journal of the Structural Division. 1968;94(8):1887–1906. https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0002035

7. Киселев Д.Б. Работа комбинированной арочной системы с учетом геометрической нелинейности и последовательности монтажа. Дисс. канд. техн. наук. Москва.; 2009. 183 с.

8. Thornton WA, Holland MV, Aminmansour A, Carter CJ, Cole HA, Davis DB (eds.) Design Examples. For Use in First Semester Structural Steel Design Classes. Version 14.0. USA: American Institute of Steel Construction; 2011. 125 p. URL: https://www.aisc.org/globalassets/aisc/university-programs/teaching-aids/first-semester-design-examples.pdf (accessed: 20.03.2024)

9. Nageim HA, MacGinley TJ. Steel Structures. Practical Design Studies. Third Edition. CRC Press; 2005. 352 p.

10. Москалев Н.С., Пронозин Я.А. Металлические конструкции. Москва.: Издательство Ассоциации строительных вузов; 2010. 344 с.

11. Запросян А.О., Леонова Д.А., Шкрылев Р.А. Технико-экономическое обоснование унификации элементов металлических стропильных ферм. Инженерный вестник Дона. 2021;8 URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n8y2021/7148 (дата обращения: 20.03.2024).

12. Москалев Н.С., Пронозин Я.А., Парлашкевич В.С., Корсун Н.Д. Металлические конструкции, включая сварку. Москва.: Издательство АСВ; 2014. 352 с.

13. Городецкий А.С., Барабаш М.С., Сидоров В.Н. Компьютерное моделирование в задачах строительной механики. Москва.: Издательство АСВ; 2016. 338 с.

14. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. Москва.: ДМК Пресс; 2007. 600 с.

15. Беленя Е.И. Металлические конструкции. Москва.: Стройиздат; 1976. Belenya EI. Metal Structures. Moscow: Stroiizdat; 1976. (In Russ.).

16. Мельников Н.П. Металлические конструкции. Москва.: Стройиздат; 1980.

17. Yang W, Lin J, Gao N, Yan R. Experimental Study on the Static Behavior of Reinforced Warren Circular Hollow Section (CHS) Tubular Trusses. Applied Sciences. 2018;8(11):2237. https://doi.org/10.3390/app8112237