Гнутоклееная деревянная сетчатая оболочка, образованная перекрестными арочными конструкциями

Авторы патента:

Старшинова Екатерина Павловна (RU)

E04B1/32 - арочные строительные конструкции; сводчатые строительные конструкции; складные конструкции (сводчатые крыши E04B 7/08)

Владельцы патента RU 2578063:

Старшинова Екатерина Павловна (RU)

Изобретение относится к строительству, в частности к несущим клееным деревянным конструкциям. Сетчатая деревянная гнутоклееная конструкция образована перекрестными несущими арками и полуарками, имеющими верхний и нижний пояса, соединенные стойками. Полуарки соединяются с арками двухпоясными вогнутыми гнутоклееными деревянными элементами. Арки раскрепляются в пролетах гнутоклееными деревянными пластинами полуарок. Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости и жесткости сооружения. 6 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к несущим клееным деревянным конструкциям, и может быть использовано для образования пространственных каркасов покрытий в гражданских объектах широкого назначения.

Известна деревянная сетчатая оболочка из реек 50×50 мм в два-четыре ряда пролетом до 60 м, представляющая собой свод и перекрывающая площадь 4700 м², в виде искривленной в пространстве стержневой решетки. В плане при вспарушивании свода сетка представлена в виде ромбов с углами от 70 до 110°. Форма оболочки выбрана так, что при вертикальной постоянной нагрузке возникает только сжимающее усилие. Опирание оболочки происходит на бетонную обвязку и арки [1].

Известна также деревянная сетчатая оболочка выставочных павильонов и информационного центра, которая состоит из предварительно изогнутых реек 40×70 мм в четыре слоя. Форма была создана такой, что только под статическими нагрузками возникает мембранное напряжение оболочки, соответствующее безмоментному состоянию. Для обеспечения локальной жесткости применяются деревянные подкладки. Дополнительно деревянная структура усиливается стальными диагоналями. Опирание оболочки происходит на трехметровые железобетонные стенки, расположенные по периметру формы каркаса. [1]

Однако использование таких сетчатых оболочек возможно не при любой криволинейной форме плана и данные оболочки не имеют консольных выносов.

Наиболее близкой по техническому решению и рассматриваемой как прототип к заявляемому изобретению является деревянная сетчатая гексагональная структура покрытия Центра Помпиду в Меце, образованная перекрестными деревянными гнутыми двухпоясными балками. Кровля состоит из шестигранных деревянных элементов, напоминающих плетение китайской шляпы. Эта структура покрытия крепится к металическим кольцевым опорным контурам, расположенным на выступающих объемах здания на различной высоте. Дополнительная фиксация оболочки осуществляется в уровне фундамента. Таким образом, по своей сути эта оболочка является подвесной [2].

Недостатком описанного прототипа является его ограниченная несущая способность, так как использование такой оболочки без опорных контуров, расположенных на выступающих объемах здания, затруднительно. Адаптация такой оболочки как самонесущей возможна, но количество пространственных опор возрастает, а расстояние между опорами сокращается. Такой вариант применим не для всех типов зданий. При увеличении пролета такой оболочки внутренние напряжения в конструкции сильно возрастут, что повлечет увеличение сечения гнутоклееных элементов и, как следствие, увеличение материалоемкости. Соответственно для большепролетных строений применение такой оболочки нерационально.

Целью изобретения является повышение несущей способности, жесткости и одновременно гибкости конструкций оболочки при увеличении пролета и минимизации количества опорных элементов без применения дополнительных опорных контуров, расположенных на выступающих объемах здания, а также снижение металлоемкости деревянной конструкции.

Указанная цель достигается тем, что сетчатая деревянная гнутоклееная конструкция образована перекрестными несущими арками и полуарками, имеющими верхний и нижний пояса, соединенные стойками. Несущие элементы оболочки выполнены в виде сдвоенных несущих аркок, соединенных с несущими сдвоенными полуарками двухпоясными вогнутыми гнутоклееными деревянными элементами, при этом арки раскрепляются в пролетах гнутоклееными деревянными пластинами дополнительных полуарок, перекрестно проходящих в диагональных направлениях, что обеспечивает устойчивость и жесткость всего сооружения (всей конструкции). Эта особенность структуры позволяет хорошо воспринимать неравномерные снеговые и ветровые нагрузки, а также минимизировать количество дополнительных металлических связей жесткости. Сдвоенные несущие арки и полуарки представляют собой гнутоклееные элементы (из верхних и нижних поясов, соединенных стойками), находящиеся на среднем расстоянии около 1 м друг от друга и варьирующиеся в зависимости от масштаба и криволинейности плана. Соединение сдвоенных несущих арок между собой происходит через пластины дополнительных раскрепляющих полуарок, проходящих перекрестно в диагональных направлениях.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-6.

На фиг. 1-6 показаны:

1 - Несущие арки

2 - Сопряженные с аркой 1 несущие полуарки

3 - Свободные (дополнительные) перекрестные двухпоясные полуарки

4 - Двухпоясные криволинейные вогнутые элементы

5 - Верхние пояса арок, полуарок, вогнутых элементов

6 - Нижние пояса арок, полуарок, вогнутых элементов

7 - Стойки, соединяющие верхние и нижние пояса арок, полуарок, вогнутых элементов

8 - Шарниры металлические

На фиг.1 представлена структурная конструкция в объеме. Фиг.1 показывает общую компоновку конструкции. На фиг.2 и 3 показаны примеры структурной конструкции на планах различного криволинейного очертания. На фиг.2 указана конструкция, изображенная на фиг.1 в плане. На фиг.3 показан пример конструкции, выполненный в соответствии с другой конфигурацией плана. В этой конструкции сохраняется тот же принцип построения структуры. На фиг.4 показана ортогональная схема одной из несущих арок, соединенной с двумя несущими полуарками вогнутыми элементами. Дополнительные раскрепляющие перекрестные полуарки условно не показаны. Данная схема иллюстрирует вид сложной скомпонованной плоскостной конструкции, воспринимающий основные нагрузки на структуру и позволяющий создавать консольные выносы за счет полуарок. На фиг.5 показан фрагмент одной несущей арки, крепление к опоре. Крепление на опоре осуществляется при помощи металлических элементов, что обеспечивает их устойчивость в поперечном направлении и шарниров, воспринимающих напряжения. Сечение элементов увеличено, в отличие от прототипов. Распор арок воспринимается металлическими затяжками в уровне монолитной плиты подготовки пола. На фиг. 6 показано крепление поясов несущей арки 1, вогнутого элемента 4, связывающего арки, и перпендикулярно-проходящей дополнительной раскрепляющей арки 3.

Предлагаемая конструкция может быть применена к любой криволинейной форме плана практически любого масштаба, как показано на фиг.2 и 3. Данная пространственная конструкция не требует применения дополнительных опорных контуров по периметру, так как имеет основной жесткий несущий каркас из сдвоенных перекрещивающихся арок 1 на фиг.1 и фиг.2. Использование системы сдвоенных несущих арок и полуарок в качестве дисков жесткости упрощает монтаж оболочки за счет возведения несущих элементов на первом этапе, а затем поэтапного раскрепления конструкции дополнительными полуарками, проходящими перекрестно в диагональных направлениях. Такая технология монтажа является отличной от прототипа, где все элементы конструкции должны монтироваться одновременно. Перераспределение статической нагрузки в заявляемой гнутоклееной оболочке происходит за счет многосвязности системы. Таким образом, потеря устойчивости не произойдет даже при потере 40% элементов. Также одним из преимуществ изобретения за счет образования именно таким образом структуры конструкции является устройство достаточно больших консольных плоскостей, что видно на фиг.1-4.

Источники информации

1. Timber Construction Manual/Herzog, Natterer, Schweitzer, Volz, Edition Detail/ Switzerland, 2004, c. 256-257.

2. Architectural Design / July/August 2010 // THE NEW STRUCTURALISM // WILEY-ACADEMY, c. 86-87, c. 90-93.

Гнутоклееная деревянная сетчатая оболочка, образованная арками и полуарками, имеющими верхний и нижний пояса, соединенные стойками, отличающаяся тем, что арки и полуарки выполнены сдвоенными и соединены двухпоясными вогнутыми гнутоклееными деревянными элементами, при этом арки раскрепляются в пролетах пластинами перекрестно расположенных дополнительных гнутоклееных полуарок.

Изобретение относится к области строительства, в частности к сборно-разборным каркасам волнообразных оболочек. Технический результат изобретения заключается в снижении количества несущих элементов каркаса.

Конструктор быстровозводимых сборно-разборных сооружений в форме волнообразных оболочек вращения // 2573138

Изобретение относится к области строительства, в частности к сборно-разборным каркасам волнообразных оболочек вращения. Техническим результатом является снижение несущих элементов каркаса.

Узел соединения стержневых элементов пространственного каркаса (варианты) // 2570728

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлу соединения стержневых элементов. Технический результат изобретения заключается в монтаже стержней без перекосов.

Сооружение на базе пневматической опалубки // 2568461

Сооружение на базе пневматической опалубки может быть использовано для быстрого возведения сооружений типа оболочек. Сооружение на базе пневматической опалубки включает в себя герметично соединенные с основанием наружную и внутреннюю оболочки из эластичного материала.

Сборно-разборное арочное сооружение и узел крепления профилированного элемента к фундаменту, использованный в этом сооружении // 2566881

Изобретение относится к арочным конструкциям из тонколистовых холодногнутых профилей. Сборно-разборное арочное сооружение содержит покрытие из соединенных между собой внахлест продольными краями арок, каждая из которых выполнена составной по длине из нескольких профилированных элементов.

Сборная сферическая оболочка // 2564545

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве сборной сферической оболочки. Технический результат изобретения - упрощение изготовления и монтажа оболочки.

Каркас быстровозводимого сооружения и способ его монтажа // 2564292

Изобретение относится к строительству, в частности к несущим каркасам быстровозводимых зданий и сооружений. Каркас включает шарнирно соединенные элементы арочно-рамной конструкции в виде поясов с раскосами, образующие ячейки четырехзвенных механизмов, опорные шарниры и центральный шарнир, расположенный выше опорных шарниров.

Однослойный сетчатый свод двоякой кривизны // 2558554

Изобретение относится к строительству, а именно к сетчатым оболочкам двоякой кривизны. Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости оболочки.

Способ возведения арочного здания // 2554630

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения арочных зданий. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и жесткости узлового соединения элементов арки.

Способ производства деревянного полукруглого конструктивного элемента для деревянной купольной или сферической конструкции // 2554361

Изобретение относится к области строительства, а именно к изготовлению полукруглого деревянного элемента для сферической конструкции. Технический результат изобретения заключается в упрощении изготовления элемента.

Пространственное ячеистое купольное покрытие // 2583968

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении купольных покрытий зданий. Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости покрытия. Купольное покрытие содержит смонтированные под углом одна к другой пятиугольные и шестиугольные панели, соединенные друг с другом по смежным краям и снабженные понизу трапециевидными равнобедренными панелями. Пяти- и шестиугольные панели образованы треугольниками, снабженными отбортовками. Треугольники панелей соединены друг с другом по смежным краям. Места сопряжения углов пяти и шести треугольников снабжены узлами крепления, выполненными в виде соответственно пяти- и шестизвездных пробок из эластичного материала, сопряженных с пяти- или шестизвездными корончатыми шайбами, и винтового соединения. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Несущая конструкция многоэтажного большепролетного сооружения (варианты) и способ возведения многоэтажного большепролетного сооружения // 2596228

Изобретение относится к области строительства, в частности к несущей конструкции многоэтажного большепролетного сооружения. Технический результат изобретения заключается в увеличении свободного пространства сооружения. Несущий остов состоит из одного или нескольких двухэтажных несущих ярусов, последовательно располагаемых друг над другом по высоте сооружения. На верхнем этаже двухэтажного несущего яруса расположены несущие большепролетные междуэтажные металлические конструкции в виде плоских комбинированных ферменных систем, а в уровне нижнего этажа двухэтажного несущего яруса по краям пролетов в плоскости ферменных систем выполняются вертикальные связи высотой на этаж, связанные с узлами ферменных систем. Верхний и нижний пояса ферменных систем выполнены в виде поясных ферм либо поясных балок, в уровне которых установлены межпролетные фермы либо балки перекрытий поперечного направления. Железобетонные междуэтажные перекрытия устроены по верхнему уровню поясных ферм либо балок. Предложены другие варианты несущих конструкций и способ их возведения. 4 н.п. ф-лы, 11 ил.

Защитное каркасно-тканевое сооружение // 2597013

Изобретение относится к области военного дела, а именно, к войсковым сооружениям для защиты личного состава, пунктов управления, медицинских пунктов и полевых госпиталей, возводимых при фортификационном оборудовании позиций и районов расположения войск. Защитное каркасно-тканевое сооружение состоит из остова основного помещения и входного устройства, собираемых из кольцевых элементов каркаса и оболочки. Несущий каркас остова выполнен из композитных материалов кольцевой арочной конструкции с торцевыми защитными диафрагмами и вмонтированными в них защитно-герметическими дверями основного и запасного входов, соединенными между собой в единую конструкцию посредством оболочки из водонепроницаемой технической полиамидной ткани, прикрепленной изнутри к кольцевым арочным элементам при помощи тесемок и болтовыми креплениями с планками к диафрагмам. Для удобства ремонта или замены поврежденных арочных элементов на днище оболочки предусмотрен проем, сшиваемый вручную капроновым шнуром. Для повышения защитных свойств над остовом может быть возведен бетонный экран на основе металлических сеток или многослойной волокнистой ткани, заполненных цементно-песчаным составом быстрого твердения после его пропитки водой. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные и транспортные характеристики сооружения, упростить технологию его изготовления, повысить надежность, защитные свойства, увеличить полезную площадь. 8 ил.

Способ монтажа рамно-арочной конструкции // 2597216

Изобретение относится к строительству и может использоваться для возведения несущих каркасов быстровозводимых зданий и сооружений. Технический результат изобретения заключается в упрощении монтажа. Для монтажа без применения крана рамно-арочной конструкции, состоящей из секций, свободный конец одной крайней секции установлен на свободный конец другой крайней секции или на свободный конец смежной промежуточной секции, при этом подъем конструкции в проектное положение производят с одновременным перемещением свободных концов секций относительно друг друга до их сближения с помощью, например, лебедок и системы блоков. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Каркасный модуль здания // 2604613

Изобретение относится к модульному объемно-каркасному строительству и может быть использовано в малоэтажном домостроении. Технический результат изобретения заключается в расширении возможности объемно-планировочных решений здания. Каркасный модуль здания выполнен из прямолинейных профилей-ребер, соединенных между собой крепежными узлами, расположенными в вершинах образованных треугольных граней оснований в виде верхнего и нижнего многоугольников. Верхний многоугольник вписан в нижний многоугольник, причем каждые два ребра, выходящих из одного крепежного узла вершины нижнего многоугольника, соединены с тремя прямолинейными профилями-ребрами посредством узлов двух вершин верхнего многоугольника. Каркасный модуль снабжен дополнительными вертикальными ребрами, выходящими из узлов вершин нижнего многоугольника, ребра, соединяющие верхний и нижний многоугольники оснований и выходящие из одного узла вершины нижнего многоугольника, соединены с дополнительными вертикальными ребрами и между собой прямыми вставками, а вершины дополнительных вертикальных ребер соединены с узлами верхнего многоугольника каркаса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Конструктор быстровозводимых сборно-разборных сооружений в форме сферических оболочек // 2617657

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструктору быстровозводимых сборно-разборных каркасов сферических оболочек. Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа/демонтажа конструктора. Конструктор содержит несущие элементы (ребра) и соединительные узлы (коннекторы), с помощью которых собираются унифицированные модули каркаса в виде смежных пространственных равнобедренных прямоугольных треугольников, гипотенузами и катетами которых являются однотипные дугообразные ребра. Соединительные узлы ребер каркаса выполнены из элементов двух типов: центрального (ортогонального) коннектора для соединения однотипных катетов между собой и сферического коннектора для соединения гипотенуз с катетами. 12 ил., 1 табл.

Способ создания монолитной строительной конструкции // 2620105

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу создания монолитной строительной конструкции при возведении купольных сводов. Техническим результатом изобретения является повышение прочности конструкции. Способ создания монолитной конструкции включает установку элементов каркаса, которые жестко связывают между собой. При этом укладывают и закрепляют на элементах каркаса фрагменты мембраны, выполненной из эластичных материалов, и затягивают ею свободное пространство, формируя несъемную опалубку. Затем на сформированное таким образом основание конструкции наносят самоотверждающийся жидкий вспененный состав методом его напыления и выдерживают созданную конструкцию до отверждения состава и достижения необходимой ее прочности. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Многофункциональное сооружение "узел спорта на открытом воздухе" // 2625843

Изобретение относится к строительству многофункциональных сооружений с трансформируемыми покрытиями. Многофункциональное сооружение включает зону для занятий зимними видами спорта и зону для занятий летними видами спорта. Зона для занятия зимними видами спорта представляет собой ледовое покрытие, расположенное на бетонном основании подвально-цокольного этажа сооружения 1, выполненного в виде открытого ледового катка без обогрева и боковых стенок. Потолочная плита перекрытия упомянутого подвально-цокольного этажа является основанием зоны для занятий летними видами спорта 2, выполненного в виде песчаного покрытия для пляжных видов спорта. Сооружение снабжено параллельно расположенными друг к другу рамами жесткости 3, выполненными в виде арок, которые размещены на железобетонных фундаментах, расположенных по углам бетонного основания подвально-цокольного этажа, обеспечивая единое целое железобетонных фундаментов и бетонного основания подвально-цокольного этажа. На арочных рамах жесткости установлена светопрозрачная сборно-разборная сезонная навес-крыша 4, выполненная в форме независимых между собой «лепестков». Навес-крыша расположена на вантах с возможностью свободно передвигаться по упомянутым вантам. Рамы жесткости перекрывают полностью все рабочее пространство многофункционального сооружения на отметке выше уровня земли. Для занятий летними видами спорта может быть использована зона для занятий летними видами спорта в зимнее время в качестве открытого лыжедрома при удалении светопрозрачной сборно-разборной сезонной навес-крыши 4. Многофункциональное сооружение снабжено гоночной трассой многоцелевого назначения. В его составе используют инфраструктурный городок из контейнерных модулей. Изобретение позволяет обеспечить возможность трансформации открытого полуплоскостного сооружения (стадион) в крытое сооружение (стадион) капитального типа и достичь полного эффекта открытого пространства в зимнее и летнее время и полузакрытого пространства в летне-осенний период. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Купол // 2627800

Изобретение относится к области строительства, в частности к купольным сооружениям. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности купола. Купол состоит из деревянного каркаса, включающего составные меридиональные арочные ребра, выполненные из состыкованных торцами под углом друг к другу элементов, и скрепленные верхними концами с центральным опорным элементом, а нижними - с опорным элементом основания, горизонтальных прогонов, соединенных с меридиональными ребрами. Состыкованные элементы арочных ребер соединены внахлест по вырезанным торцам и скреплены нагелями, на свободные концы которых надеты концы горизонтальных прогонов, центральный опорный элемент выполнен в виде диска, а нижний ярус горизонтальных прогонов надет на нагели, установленные в отверстия нижних элементов меридиональных арочных ребер. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Универсальное здание // 2631285

Изобретение относится к куполообразному или шарообразному универсальному зданию, представляющему собой быстровозводимую сборно-разборную конструкцию, и может быть использовано при возведении зданий различного функционального назначения, различной этажности, как теплых, так и холодных, в том числе жилых зданий, коттеджей, промышленных, административных зданий, спортивных, сельскохозяйственных, складских, временных переносных, арочных сооружений, атриума-крыши, атриума-помещения, размещенного над верхним этажом здания. Универсальное здание куполообразной формы содержит несущий каркас, выполненный с основанием и вершиной в виде многоугольников разного периметра, крышу в вершине несущего каркаса и облицовочный материал. При этом несущий каркас выполнен в виде по крайней мере трех пирамидообразных объемных ферм, расположенных симметрично относительно центра основания и жестко соединенных между собой в верхней части по крайней мере одной горизонтальной балкой с образованием пространства между крайними стойками объемной фермы, равноудаленного по всей высоте от основания и до верхней части ферм. Причем крыша обшита облицовочным материалом. Изобретение позволяет снизить материалоемкость и срок монтажа здания, повысить его прочность и устойчивость, в том числе в условиях несимметричных и динамических нагрузок, повысить энергоэффективность и светопрозрачность здания. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.