Пространственное покрытие

 

Пространственное покрытие используется в качестве покрытий зданий и сооружений различного назначения, в том числе сборно-разборных. Пространственное покрытие включает прямолинейные элементы четырехстороннего пространственного опорного контура, гибкие нити, ориентированные параллельно одной из диагоналей опорного контура и прикрепленные к нему своими концами с возможностью натяжения, прямоугольные прогоны-распорки, ориентированные в плане параллельно двум из противолежащих элементов контура и прикрепленные своими концами к двум основным элементам, тонколистовой кровельный настил. В этом покрытии прогоны-распорки подвешены в промежуточных по пролету точках к гибким нитям, а кровельный тонколистовой настил выполнен профилированным с переменным по длине листа шагом гофр, при этом прогоны-распорки и параллельные им в плане элементы опорного контура развернуты по отношению друг к другу в вертикальной плоскости под углом и снабжены наклонно прикрепленными к ним пластинками с шагом, определяемым по формуле C=S+2Δ, где S - начальный шаг гофр в кровельном листе; Δ - величина проекции пластинки на наклонный элемент, определяемая по формуле Δ = L(1/cosα₁-1)/2n, где L - проекция длины элемента опорного контура или прогона-распорки на горизонталь; n - число гофр в листе; α₁- угол в вертикальной плоскости между последующим и предыдущим прямолинейными элементами, определяемый по формуле α₁= α(m-1), где m - число параллельных в плане прямолинейных элементов, включая элементы опорного контура, при равном расстоянии в плане между ними; α - угол в вертикальной плоскости между противолежащими элементами опорного контура. В результате использования изобретения увеличивается прочность и снижается деформативность конструкции пространственного покрытия. 10 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в покрытиях зданий и сооружений, в том числе сборно-разборных.

Известно пространственное покрытие здания, включающее прямоугольный в плане опорный контур из жестких на изгиб прямолинейных элементов; гибкие нити (ванты), ориентированные по диагонали к опорному контуру и прикрепленные к нему своими концами; жесткие арки разной длины, установленные перекрестно гибким нитям своими пятами на элементы опорного контура и контактирующие с гибкими нитями по своей длине в местах пересечений; кровельный настил (см. Москалев Н. С. "Новые висячие покрытия" // Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1972. - N 7, с. 5, рис. 1б).

Недостатками этого покрытия являются повышенная деформативность опорного контура в плоскости покрытия из-за слабого поддерживающего эффекта от арок, допускающих упругие перемещения опорных частей в горизонтальном направлении при небольших усилиях, а также повышенная трудоемкость изготовления из-за криволинейности части конструктивных элементов покрытия.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является покрытие, состоящее из замкнутого пространственного опорного контура, две противоположные стороны которого имеют треугольное очертание с вершинами, соответственно направленными вверх и вниз, а две другие стороны - прямолинейное очертание; распорок, скрепляющих по концам обрамляющие элементы треугольного очертания; прогонов, примыкающих своими концами к местам переломов элементов обрамления; гибких нитей в виде стальных полос, ориентированных перпендикулярно прямолинейным элементам опорного контура и подвешенным к прогонам в третях их пролета; элементов ограждения (см. Давыдов Е.Ю., Нестеренко Н.Л. "Покрытие зданий из стальных гиперболических панелей". - Пром. строительство. - 1985. - N 9, с. 4-5, рис. 1).

Недостатки этой конструкции: плохая аэродинамическая форма, способствующая интенсивному накоплению снега из-за зигзагообразной поверхности крыши; повышенная деформативность, обусловленная малой жесткостью покрытия в середине пролета в сравнении с его приопорными зонами; низкая несущая способность из-за возможности восприятия изгибающих моментов только в одном направлении (исключена пространственная работа конструкции) и перегруженности работающих на изгиб прогонов от усилий, создаваемых подвешенными к ним растянутыми гибкими нитями.

Цель изобретения - увеличение прочности и снижение деформативности конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в пространственном покрытии прогоны-распорки подвешены в промежуточных по пролету точках к гибким нитям, а кровельный тонколистовой настил выполнен профилированным с переменным по длине листа шагом гофр. При этом прогоны-распорки и параллельные им в плане элементы опорного контура развернуты по отношению друг к другу в вертикальной плоскости под углом и снабжены наклонно прикрепленными к ним пластинками с шагом, определяемым по формуле C = S + 2Δ, где S - начальный шаг гофр в кровельном листе; Δ - величина проекции пластинки на наклонный элемент, определяемая по формуле Δ = L(1/cosα₁ - 1)2n, где L - проекция длины элемента опорного контура или прогона-распорки на горизонталь; n - число гофр в листе; α₁ - угол в вертикальной плоскости между последующим и предыдущим прямолинейными элементами, определяемый по формуле
α₁ = α(m - 1),
где
m - число параллельных в плане прямолинейных элементов, включая элементы опорного контура, при равном расстоянии в плане между ними;
α - угол в вертикальной плоскости между противолежащими элементами опорного контура.

На фиг. 1 изображено пространственное покрытие, общий вид в плане; на фиг. 2 - вид А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 5 - вариант подвески прогона-распорки к гибкой нити в уровне его верхнего пояса; на фиг. 6 - то же в уровне нижнего пояса прогона-распорки; на фиг. 7 - геометрия изменения поперечного профиля настила по его длине вдоль гофр; на фиг. 8 - схема надвижки стандартного профилированного настила на наклонные пластинки с целью изменения геометрии его поперечного профиля по длине листа; на фиг. 9 - схема двухлепесткового покрытия; на фиг. 10 - тот же вариант четырехлепесткового покрытия.

Пространственное покрытие состоит из прямолинейных элементов 1 четырехстороннего пространственного опорного контура; гибких нитей 2, выполненных в виде полос, прутков или тросов и ориентированных параллельно одной из диагоналей опорного контура, к которому они прикреплены с возможностью натяжения; стабилизирующей нити 3; подвешенных к гибким нитям 2 прямолинейных прогонов-распорок 4, присоединенных своими концами к двум противолежащим основным элементам 1 опорного контура и ориентированных в плане параллельно двум другим элементам этого контура; тонколистового кровельного профилированного настила 5 с переменным шагом гофр по его длине; самонарезающих винтов 6, прикрепляющих профилированный настил 5 к верхним поясам прогонов-распорок 4 и к гибким нитям 2; крепежных винтов 7 для скрепления гибких нитей 2 с прогонами-распорками 4 в случае их опирания на гибкие нити; наклонных пластинок 8 для изменения геометрии поперечного профиля по длине листа в случае использования стандартного профилированного настила.

Покрытие собирают в следующем порядке. Сначала скрепляют друг с другом прямолинейные элементы опорного контура таким образом, чтобы два примыкающие под углом друг к другу элемента находились, например, в горизонтальной плоскости, а соответственно противолежащие им элементы - в наклонной плоскости. В результате получится пространственный четырехугольный контур, имеющий квадратный, прямоугольный или ромбовидный план. При этом элементы контура могут быть выполнены из стального проката, цельной или клееной древесины, или из сборного железобетона. Затем производят установку прогонов-распорок, как правило, с одинаковым шагом в плане параллельно двум противолежащим элементам опорного контура. И в этом случае прогоны-распорки также могут быть выполнены из стального проката или цельной, или клееной древесины. Из-за того что противолежащие контурные элементы ориентированы в пространстве под некоторым углом α в вертикальной плоскости, верхние грани прогонов-распорок и элементов контура совмещают путем закручивания прогонов-распорок с последующим закреплением их торцов на опорном контуре. После этого через прорези или отверстия, выполненные в прогонах-распорках, пропускают гибкие нити в виде полос, прутков или тросов и закрепляют их концы с возможностью натяжения на опорном контуре. Установкой стабилизирующей нити по второй диагонали контура и натяжением гибких нитей добиваются требуемой геометрии покрытия. После выполнения этих операций гибкие нити фиксируются относительно прогонов-распорок с помощью крепежных винтов или на сварке. Сборка покрытия завершается укладкой профилированного настила на прогоны-распорки и гибкие нити с последующим закреплением его на прогонах с помощью самонарезающих винтов. При выполнении гибких нитей в виде полос профнастил дополнительно прикрепляют к ним также самонарезающими винтами.

Если при сборке пространственного покрытия используется стандартный профилированный настил, то изменение его поперечного профиля по длине достигается путем надвижки гофр на наклонные пластинки, установленные с переменным шагом, соответствующим требуемому шагу гофр в данном сечении покрытия.

В случае укладки прогонов-распорок на гибкие нити (второй вариант) пространственное покрытие собирают также в указанной выше последовательности.

Полученное в результате выполнения всех операций пространственное покрытие может быть отнесено к оболочкам типа "ГИПАР", из которых можно в свою очередь компоновать двух- и четырехлепестковые гипары.

Пространственное покрытие предложенной конструкции работает следующим образом. При действии вертикальной нагрузки от собственного веса, снега и т. п. в конструктивных элементах системы возникают такие же усилия, как и в оболочках двоякой кривизны с линейчатой поверхностью. "Размазанные" изгибающий момент M_x и нормальная сила N_x концентрируются в прогонах-распорках и полностью воспринимаются ими, а момент M_y и нормальная сила N_y воспринимаются жестким на изгиб профилированным настилом. Касательные усилия N_xy и N_yx, возникающие между настилом и элементами контура, а также прогонами-распорками, передаются на крепежные самонарезающие винты, количество которых определяется расчетом. Эти силы сдвига загружают по контуру отсеки профилированного настила, заключенные между стойками и прогонами-распорками, и могут вызвать его потерю местной устойчивости. Этому будут препятствовать гибкие нити, скрепленные в местах касания с профнастилом самонарезающими винтами или другими связями, а также стабилизирующие нити и возможный слой монолитного утеплителя, например, слой пенопласта, полученный напылением специальной композиции. В поле отсека сдвигающие усилия воспринимаются собственно профилированным настилом. Что касается главных растягивающих усилий T_{гл.раст.}, то они могут восприниматься гибкими нитями, если их направление совпадает с направлением T_{гл.раст.}, или профнастилом и прогонами-распорками, нагружаемых составляющими этих усилий, - в противоположном случае. Главные сжимающие усилия T_гл.сж. через их составляющие воспринимаются также профнастилом и прогонами-распорками. Деформированию опорного контура в плане от действия сил натяжения гибких нитей препятствуют прогоны-распорки и профилированный настил, способный воспринимать сжимающие усилия вдоль гофр. Выхлопу оболочки вверх при действии ветрового отсоса препятствуют прогоны-распорки, способные работать на изгиб, и стабилизирующая нить (при необходимости их может быть установлено несколько штук). Прогоны-распорки удерживаются от перемещений вниз растянутыми гибкими нитями, служащими им упругопроседающими промежуточными опорами, что обусловливает благоприятное распределение изгибающих моментов M_x по их длине. Эти же прогоны-распорки в свою очередь являются промежуточными опорами для профилированного настила, работающего в нашем случае по неразрезной схеме на восприятие изгибающих моментов M_y.

Пространственное покрытие предложенной конструкции с размерами в плане 12·13 м вследствие приведенных выше причин может дать экономию материала в пределах 12 - 15% и снизить деформативность в 1,25 раза.

Формула изобретения

Пространственное покрытие, включающее прямолинейные элементы четырехстороннего пространственного опорного контура, гибкие нити, ориентированные параллельно одной из диагоналей опорного контура и прикрепленные к нему своими концами с возможностью натяжения, прямолинейные прогоны-распорки, ориентированные в плане параллельно двум из противолежащих элементов контура и прикрепленные своими концами к двум основным элементам, тонколистовой кровельный настил, отличающееся тем, что прогоны-распорки подвешены в промежуточных по пролету точках к гибким нитям, а кровельный тонколистовой настил выполнен профилированным с переменным по длине листа шагом гофр, при этом прогоны-распорки и параллельные им в плане элементы опорного контура развернуты по отношению друг к другу в вертикальной плоскости под углом и снабжены наклонно прикрепленными к ним пластинками с шагом, определяемым по формуле
C=S+2Δ ,
где S - начальный шаг гофр в кровельном листе;
Δ- величина проекции пластинки на наклонный элемент, определяемая по формуле
Δ=(1/cosα₁ -1)/2n ,
где L - проекция длины элемента опорного контура или прогона-распорки на горизонталь;
n - число гофр в листе;
α₁- угол в вертикальной плоскости между последующим и предыдущим прямолинейными элементами, определяемый по формуле
α₁=α(m-1) ,
где m - число параллельных в плане прямолинейных элементов, включая элементы опорного контура, при равном расстоянии в плане между ними;
α- угол в вертикальной плоскости между противолежащими элементами опорного контура.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10