Пространственная конструкция-структура повышенной сейсмостойкости
Владельцы патента RU 2466245:
Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к пространственным конструкциям. Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости и устойчивости при больших статических и динамических нагрузках. Пространственная конструкция-структура повышенной сейсмостойкости включает стержневые элементы из стеклопластиковых труб и узловые соединения также из стеклопластиковых труб только большего диаметра. В верхних узловых соединениях образуются по шесть стержневых элементов, расположенных друг от друга под углом 60° и направленных вниз относительно горизонтальной плоскости под углом 30°. В средних по вертикальности узловых соединениях сходятся по три стержневых элемента - из верхних и нижних узловых соединений под углом 120° в плане и под углом 30° относительно горизонтальной плоскости. Нижнее узловое соединение, расположенное на одной оси с верхним, создано таким же образом, как и верхнее, только перевернуто, кроме того, в нижнем узловом соединении, кроме восходящих, расположены еще шесть горизонтальных стержневых элементов, направленных к другим нижним узловым соединениям и смещенных относительно восходящих стержневых элементов на 30° в плане, которые образуют нижний пояс пространственной конструкции-структуры. 4 ил.
Данное изобретение относится к строительству, в частности к пространственным конструкциям, узловые соединения и стержневые элементы которой выполнены из стеклопластиковых труб, и может быть использовано в качестве несущих конструкций и покрытий промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий. Может применяться практически для любых объектов, где необходимо перекрытие больших площадей в районах с повышенной сейсмоактивностью.
Известно пространственное стержневое покрытие - верхний и нижний пояса его представляют собой решетчатую конструкцию, элементы которой выполнены в виде трапецеидального профиля из листового проката. Раскосный пространственный блок изготовлен также из трапецеидального профиля штампованием. Пояса соединяются с раскосным блоком с помощью болтов (патент SU 687205 А1 от 25.09.79, Е04В 5/10).
Недостатком такого решения является сложность изготовления раскосов в виде пространственного блока и трудоемкость сборки.
Известна объемно-формованная структурная конструкция. Основой конструкции являются объемно-формованные тонколистовые элементы унифицированной геометрической формы, которые выполняются из тонколистовой рулонированной стали толщиной t=0,5…3,0 мм. Особенность объемно-формованной структурной конструкции заключается в том, что стальные полосы изгибаются в противоположных направлениях по правой или левой винтовой линии и соединяются между собой по конгруэнтным граням, причем каждый последующий присоединяемый элемент должен быть изогнут в направлении, обратном направлению изгиба предыдущего (патент RU 2265110 С2 от 27.11.05, Е04В 5/10).
Недостатками этой конструкции являются высокая трудоемкость, сложность технологического процесса изготовления и значительный расход стали.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является комбинированное пространственное структурное покрытие, содержащее пространственный каркас из соединенных в узлах стержней поясов и раскосов и размещенных в средней части пространственного каркаса вдоль пролета. Жестко прикрепленные к узлам нижнего пояса каркаса нижние и расположенные над каркасом верхние пролетные подкрепляющие элементы установлены на опоры и расположены вдоль пролета жестко прикрепленными к узлам нижнего пояса нижними и монтированными над каркасом верхними контурными подкрепляющими элементами, причем верхние контурные и пролетные подкрепляющие элементы жестко прикреплены к узлам верхнего пояса пространственного каркаса (патент RU 80471 U1 от 10.02.09, Е04В 1/58).
Недостатками этого решения являются высокая трудоемкость из-за большого пролета конструкции, сложность технологического процесса изготовления. При данном виде покрытия с большим пролетом возникают значительные горизонтальные усилия на боковые опоры.
Целью заявленного изобретения является повышение жесткости всей конструкции, решение устойчивости при больших статических и динамических нагрузках, увеличение несущей способности, упрощение монтажа.
Сущность этой конструкции заключается в эффекте упругости, в способности выдерживать огромные динамические нагрузки, сохраняя при этом динамическую устойчивость и прочность, в частности, из-за относительно высокого коэффициента внутреннего поглощения энергии, в которой в качестве демпфера выступает сама конструкция, по форме, в сечении, напоминающая пружину.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид пространственной конструкции; на фиг.2 - фрагмент плана пространственной конструкции; на фиг.3 - сечение; на фиг.4 - фрагмент пространственной конструкции.
Система состоит из верхних узловых соединений 1 (фиг.3 и 4), из которых образуются шесть стержневых элементов 4, расположенных друг от друга под углом 60° и направленных вниз под углом 30° относительно горизонтальной плоскости. В средних узловых соединениях 2 сходятся по три стержневых элемента 4, 5 с верхних 1 и нижних 3 узловых соединений под углом 120° относительно друг друга в плане. Здесь узловое соединение 2 выполняет еще роль и стабилизатора. Нижнее узловое соединение 3 расположено строго под верхним узловым соединением и создано таким же образом, только перевернуто. Кроме того, в нижнем узловом соединении 3, в котором кроме восходящих стержневых элементов 5 в нижней его части расположены еще шесть стержневых элемента 6 под углом 60° друг от друга, направленные к другим нижним узловым соединениям 3, располагающиеся в одной горизонтальной плоскости и смещенные относительно верхних стержневых элементов 5 на 30° в плане. Горизонтальные стержневые элементы 6 и нижние узловые соединения 3 представляют собой нижний пояс, в котором образовавшиеся равносторонние треугольные ячейки образуют правильные шестиугольники или могут организовывать другие правильные многоугольники.
Конструкция включает в себя стержневые элементы из стеклопластиковых труб 4, 5, 6 и узловые соединения также из стеклопластиковых труб только большего диаметра 1, 2, 3 (фиг.3 и 4).
Предлагаемая форма пространственной конструкции-структуры применяется следующим образом. В конструкциях узловых соединений 1, 2, 3, которые представляют собой цилиндрическую форму из стеклопластика, предварительно вырезаются отверстия, по диаметру совпадающие с внешним диаметром стержневых элементов 4, 5, 6, с заданным углом к оси узловых соединений 1, 2, 3. После этого идет установка стержневых элементов 4, 5, 6 в узловое соединение 1, 2, 3 до центра оси, предварительно стержневым элементам 4, 5, 6 с двух концов придается форма клина. В плане угол клина стержневых элементов 4, 5, 6, входящий в верхние 1 и нижние узловые соединения 3, составляет 60°, а в средних 2 - 120° для большего внедрения в узловое соединение 1, 2, 3 и лучшего склеивания между собой, так как площадь сопряжения стержневых элементов 4, 5, 6 друг с другом увеличивается. Внешняя часть поверхности стержневых элементов 4, 5, 6, где происходит сопряжение с краем выреза отверстий узловых соединений 1, 2, 3, обрабатываться клеем. Далее полая часть узловых соединений 1, 2, 3 заполняется эпоксидной массой, для уменьшения стоимости и веса, смешанной с наполнителем и химически инертным материалом. Ввиду исключения попадания эпоксидной смолы в полость стержневых элементов 4, 5, 6 в них устанавливаются уплотняющие диафрагмы жесткости.
Применение данной пространственной конструкции-структуры позволяет решить самые сложные технические задачи по форме кривизны перекрытия в горизонтальном и вертикальном сечениях, а также по площади перекрываемых сооружений. Повышение ресурса эксплуатации, повышение надежности работы всей конструкции, увеличение несущей способности при статических и динамических нагрузках, живучесть при наличии химически агрессивной среды, простота в изготовлении - вот некоторые из многих преимуществ, которыми обладает настоящее изобретение.
Изготовление структурных конструкций на основе пространственных элементов из стеклопластиковых труб позволяет изготавливать конструкции на автоматизированных поточных линиях, что приводит к повышению производительности труда, снижению материалоемкости и трудоемкости. Конструкция обладает архитектурной выразительностью и привлекательностью, пригодна для создания различных форм: как плоских покрытий, так и покрытия в форме цилиндрических оболочек и оболочек кривизны второго порядка.
Пространственная конструкция-структура повышенной сейсмостойкости, включающая в себя стержневые элементы из стеклопластиковых труб и узловые соединения также из стеклопластиковых труб только большего диаметра, отличающаяся тем, что в верхних узловых соединениях образуются по шесть стержневых элементов, расположенных друг от друга под углом 60° и направленных вниз относительно горизонтальной плоскости под углом 30°, в средних по вертикальности узловых соединениях сходятся по три стержневых элемента - из верхних и нижних узловых соединений под углом 120° в плане и под углом 30° относительно горизонтальной плоскости, нижнее узловое соединение, расположенное на одной оси с верхним, создано таким же образом, как и верхнее, только перевернуто, кроме того, в нижнем узловом соединении кроме восходящих расположены еще шесть горизонтальных стержневых элементов, направленных к другим нижним узловым соединениям и смещенных относительно восходящих стержневых элементов на 30° в плане, которые образуют нижний пояс пространственной конструкции-структуры.
