Изобретение относится к строительству для возведения гражданских, производственных и сельскохозяйственных зданий.
При разработке предлагаемого решения поставлена задача снижения трудоемкости и материалоемкости изготовления конструкции покрытия.
Для решения поставленной задачи была сформулирована техническая задача разработки способа изготовления пространственной конструкции строительной панели со стержневым каркасом и тонколистовой обшивкой, в которой обшивка является как ограждающим, так и основным растянутым несущим элементом.
Известно покрытие [1] , выполненное из плоских стержневых каркасов с продольными и поперечными стержнями, гофрированной листовой обшивкой, закрепленной на этих стержнях. Панель имеет пространственную форму гиперболоида. Способ изготовления этой панели предусматривает: изготовление плоских стержневых каркасов; наложение листовой обшивки и крепление ее к стержням каркаса; преобразование плоского каркаса с обшивкой в объемную форму путем поворота взаимно параллельных стержней в вертикальной плоскости в противоположные стороны.
Покрытие здания в целом представляет собой систему гиперболоидов, примыкающих друг к другу - волнообразную форму в продольном и поперечном сечениях покрытия.
Первый недостаток данного способа изготовления - незавершенность конструктивной формы. Для устройства покрытия данные панели должны быть составлены парами и соответственно закреплены между собой затяжками и непосредственным соединением между собой смежных продольных стержней смежных панелей.
Второй недостаток - применение гофрированного листа в качестве обшивки. Гофрированный лист имеет практически нулевую продольную и поперечную изгибную жесткость в направлении поперек гофров.
Третий недостаток - волнообразная форма поверхности покрытия в продольном и поперечном направлениях покрытия. Это создает трудность устройства слоя утеплителя и кровли, а также способствует скоплению снега по сравнению с обычными плоскими горизонтальными или наклонными покрытиями.
Известно покрытие [2] , выполненное из плоских стержневых каркасов с продольными и поперечными стержнями. Способ изготовления этой панели включает: предварительную раскладку стержней, закрепленных в каркасы; последующее наложение и закрепление гладкой тонколистовой обшивки к стержням каркасов; преобразование плоского каркаса в объемную форму, представляющую собой два гипеpболоида, путем поворота взаимно параллельных стержней в вертикальной плоскости во взаимно противоположные стороны. Фиксирование объемной формы панели производится с помощью затяжек в опорных сечениях панели.
Недостаток данного способа изготовления строительной панели поворот стержней в вертикальной плоскости. Такой способ создания объемной формы ведет к волнообразной форме покрытия в его продольном и поперечном сечениях. Это способствует скоплению дополнительного снега на покрытии по сравнению с обычными плоскими или наклонными покрытиями.
Цель изобретения - получение способа изготовления пространственной панели покрытия с тонколистовой обшивкой, образующей плоскую горизонтальную или наклонную форму покрытия, в которой сама обшивка является как ограждающим, так и основным растянутым несущим элементом.
Цель достигается тем, что изготавливают плоские стержневые каркасы и раскладывают их по схеме плоской развертки на ровной поверхности; накладывают и крепят гладкую тонколистовую обшивку на эти каркасы по периметру развертки; преобразуют в объемную форму конструкцию покрытия поворотом каркасов относительно смежных продольных и поперечных стержней до их сопряжения и перегибом обшивки до получения объемной замкнутой или разомкнутой формы с линейными плоскостями каркасов.
На фиг. 1 показана раскладка двух стержневых каркасов I и II по схеме плоской развертки. Продольные стержни 1 каркасов образуют продольные стержни панели покрытия (верхние и нижние). Поперечные стержни 2 этих каркасов образуют систему поперечных вертикальных и горизонтальных стержней панели. В данном примере каркас I образует горизонтальную (ограждающую) часть панели. Каркас II образует вертикальную (несущую) часть этой панели. Установка каркасов по схеме плоской развертки производится так, что между смежными продольными стержнями каркасов имеется расстояние Δ . Этот зазор между каркасами необходим для регулировки величины натяжения обшивки в поперечном направлении. После установки каркасов по схеме плоской развертки на них накладывается обшивка методом раскатывания из рулона. Толщина обшивки 0,4-1,0 мм. Раскатанный и натянутый слой обшивки в продольном направлении закрепляется к продольным стержням периметра развертки каркасов. Крепление обшивки к поперечным стержням периметра развертки каркасов производится после преобразования развертки в объемную форму панели.
На фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1 в этом сечении развертки видны сечения продольных стержней 1. Причем между средними продольными стержнями имеется зазор Δ . Величина этого зазора при сборке фиксируется гибкими полосками - связями 4. Расстояние между этими технологическими связями (шаг) равняется шагу поперечных стержней вертикального каркаса.
С наружной стороны полок стержней каркаса закрепляется тонколистовая обшивка 3.
На фиг. 3 показана проекция объемной формы панели покрытия. Эта проекция представляет вертикальный каркас с обшивкой. Верхний продольный стержень 1 - верхний пояс панели. Нижний продольный стержень этого каркаса является нижним поясом панели покрытия. Поперечные стержни каркаса обозначения позицией 2. Количество поперечных стержней вертикального каркаса может не соответствовать количеству поперечных стержней горизонтального каркаса. Целесообразно совмещать узлы опирания поперечных стержней вертикального и горизонтального каркасов.
На фиг. 4 показано сечение Б-Б на фиг. 3. Такую форму сечение панели получает после преобразования плоской развертки в объемную форму. Это преобразование осуществлено поворотом каркасов относительно смежных продольных стержней 1 до их сопряжения в единое сечение продольного стержня панели. Обшивка с каркасами также перегибается относительно этих стержней до получения объемной разомкнутой (в данном случае) формы. Поперечное сечение панели имеет Г-образную форму. Фиксация положения каркасов после их поворота производится распорками 5, соединяющими каждую пару поперечных стержней, сходящихся в общий опорный узел.
На фиг. 5 показано относительное положение сечений продольных смежных стержней каркасов на плоской развертке. Форма сечений стержней - уголки. Величина зазора между этими стержнями определяется расстоянием между крайними точками e, f сечений продольных стержней. Поперечные стержни 2 каркасов примыкают к продольным стержням. По наружным кромкам сечений стержней каркасов накладывается тонколистовая обшивка 3.
На фиг. 6 показано относительное положение сечений продольных стержней каркасов после их поворота до сопряжения сечений продольных стержней и перегиба обшивки до получения объемной формы панели. Величина зазора между точками е и f увеличивается до значения Δ' , за счет чего обеспечивается натяжение обшивки в поперечном направлении.
На фиг. 7 показано относительное положение сечений продольных смежных стержней каркасов на плоской развертке. Форма сечений стержней - квадратная труба из гнутых профилей. Величина зазора между этими стержнями определяется расстоянием между точками е' , f' .
Для неизменяемости элементов верхнего пояса панели продольный стержень горизонтальной панели имеет упорный угол, который может быть составляющим элементом продольного стержня или в виде коротышей, закрепляемых на коротком участке продольного стержня в узлах сопряжения поперечных стержней каркасов.
На фиг. 8 показано положение сечений продольных стержней каркасов после поворота каркасов относительно смежных продольных стержней до их сопряжения и перегиба обшивки до получения объемной формы панели. Относительное расстояние между точками сечения е' , f' увеличивается до Δ1.
На фиг. 9-12 показаны основные позиции предлагаемого способа изготовления пространственной панели с двухскатной наклонной поверхностью покрытия.
На фиг. 9 показана схема раскладки четырех стержневых каркасов по схеме плоской развертки. Каркасы I и II образуют двухскатную поверхность покрытия, имеют прямоугольную форму. Каркасы III и IV образуют вертикальную несущую стенку пространственной панели с переменной высотой по длине пролета. В данной конструкции панели преобразование развертки в объемную форму требует поворота каркасов как относительно продольных стержней смежных каркасов, так и относительно их поперечных стержней. Поэтому очертание периметра плоской развертки приобретает более сложную форму. Продольные стержни панели обозначены 1, их взаимное положение в развертке каркасов I и II параллельно относительно друг друга. В каркасах III и IV продольные стержни не параллельны друг другу вследствие переменной высоты сечения панели покрытия.
Поперечные стержни во всех каркасах на развертке, в основном, параллельны друг другу. Исключение составляет пара смежных поперечных стержней каркасов III и IV. Эти два стержня наклонны друг к другу. После преобразования в объемную форму из плоской развертки смежные поперечные стержни каркасов III и IV сближаются друг с другом до их сопряжения и становятся взаимно параллельными.
На фиг. 10 показано сечение В-В на фиг. 9. В этом сечении видны: наклонный каркас 1, вертикальный каркас IV, тонколистовая обшивка 3. Положение двух каркасов в сечении таково, что свободно обеспечивается их относительный поворот вокруг осей смежных продольных стержней, создавая при этом поперечное натяжение обшивки.
На фиг. 11 показана проекция объемной формы панели. Эта проекция представляет вертикальный каркас с обшивкой. Верхние продольные стержни каркасов наклонные и образуют двухскатную форму покрытия. В данном варианте способа изготовления пространственной панели покрытия нижний и верхний пояса разомкнуты в середине пролета, поэтому предусматривается монтажный стык этих элементов. Элементы монтажного стыка 6 на накладках с болтовым или сварным соединением должны обеспечить восприятие расчетных поясных продольных усилий и поперечной силы в середине пролета.
На фиг. 12 показано сечение Г-Г на фиг. 11. Форма этого сечения Г-образная, аналогичная предыдущей панели (фиг. 4). В этом сечении показаны основные элементы конструкции: 1 - верхние и нижние продольные стержни; 3 - обшивка, поперечные ребра и скрепляющая их распорка 5. Данная пространственная форма получена поворотом каркасов в панели относительно продольных смежных стержней 1, а затем относительно поперечных смежных стержней 2 до их сопряжения, а также их перегибом обшивки до получения требуемой формы.
Фиг. 13-15 представляют предлагаемый способ изготовления пространственной панели с полигональным очертанием.
На фиг. 13 показана раскладка стержневых каркасов по схеме плоской развертки. Вся конструкция на развертке представляет собой пары каркасов, образующих один плоский участок покрытия. Каркасы I предназначены для образования ограждающей части покрытия. Каркасы II образуют вертикальные (несущие) плоскости пространственной конструкции. Для уменьшения расчетных усилий в сечениях полигональной панели возможно применение затяжки 1. Формы каркасов II образуют плоскость несущего элемента покрытия так, что их смежные поперечные стержни расположены под углом ϕ , равным углу между направлениями продольных стержней смежных участков.
На фиг. 14 показано сечение Д-Д на фиг. 13. В сечении видны: каркас I, образующий ограждающую часть покрытия; каркас II, образующий несущий элемент; обтягивающая эти каркасы обшивка 3.
На фиг. 15 показана проекция объемной формы полигональной панели с затяжкой. Эта проекция представляет вертикальные каркасы II с продольными стержнями 1 и поперечными стержнями 2. Углы отклонения между продольными стержнями по нижнему и верхнему поясам равны углу между смежными поперечными стержнями на плоской развертке.
На фиг. 16 показано сечение Е-Е на фиг. 15. В этом сечении видна объемная форма панели, имеющая Г-образное очертание. Два продольных стержня 1 образуют вертикальные панели. Один стержень 1 образует нижний пояс. Заданная Г-образная форма сечения фиксируется распорками 5.
Фиг. 17-19 представляют предлагаемый способ изготовления пространственной панели для купольного покрытия.
На фиг. 17 показана разбивка купольного покрытия на составляющие его отдельные панели - монтажные элементы. В покрытии выделена панель а-b-c-d-e-f-k-l-m-n, в которой обозначены все углы, образующие форму покрытия. Причем в каждом обозначенном узле панели сходятся продольные и поперечные стержни каркасов, а также конструктивные элементы вертикальных каркасов или распорок.
На фиг. 18 показана пространственная схема купольной панели. Наружную поверхность покрытия образуют каркасы I с обшивкой. Несущий элемент покрытия образ уют каркасы II. Особенностью данной панели является то, что для образования пространственной формы необходим последовательный перегиб относительно продольных смежных стержней каркасов, а также относительно всех поперечных стержней каркасов I.
На фиг. 19 показана раскладка стержневых каркасов по схеме плоской развертки. Все каркасы состоят из продольных стержней 1 и поперечных стержней 2. В данном случае все каркасы представляют собой одноконтурные рамки, так как плоские поверхности покрытия распределяются только в пределах одного контура.
Фиг. 20-25 представляют предлагаемый способ пространственной панели с замкнутой объемной формой.
На фиг. 20 показана раскладка стержневых каркасов по схеме плоской развертки. Отличительной особенностью плоской развертки является наличие трех плоских каркасов с общей тонколистовой обшивкой. Каркас I, образующий поверхность покрытия, граничит с обеих сторон с каркасами II, образующими несущие элементы покрытия.
На фиг. 21 показано сечение Ж-Ж на фиг. 20. Оба продольных стержня каркаса I являются смежными с продольными стержнями каркасов II, образующих две плоскости несущего элемента пространственной панели.
На фиг. 22 показана проекция объемной формы панели. Эта проекция представляет форму наклонных несущих плоскостей панели и схему каркаса II с обозначением продольных стержней 1 и поперечных стержней 2.
На фиг. 23 показано сечение З-З на фиг. 22. Форма сечения объемная замкнутая, треугольная. Листовая обшивка обтягивает все плоскости треугольного сечения. В каждом углу панели с треугольной формой сечения расположены два смежных продольных стержня.
На фиг. 24 показан узел I на фиг. 23 (расположение смежных продольных стержней в верхнем поясе панели). Относительное положение продольных стержней полностью соответствует фиг. 7. Отличие заключается в том, что плоскость несущего элемента расположена под углом меньше π /2. Поэтому изменено положение сечения продольного стержня в каркасе I.
На фиг. 25 показан узел II на фиг. 23 (расположение стержней по нижнему поясу панели). В каркасах II сечения продольных стержней ориентированы так, что при повороте каркасов до их взаимного сопряжения образуется сечение нижнего пояса, аналогичное сечению из парных уголков. Совместная работа этих уголков обеспечивается монтажными соединениями с помощью болтов или соединительных прокладок и сварки.
Особенности предлагаемого способа изготовления является раскладка плоских стержневых каркасов по схеме плоской развертки объемной формы панели покрытия. Преимущество этой операции в том, что используя одну и ту же последовательность операций, но меняя форму и количество исходных каркасов на развертке, изготавливают пространственные панели покрытий самой различной формы.
Следующей особенностью предлагаемого способа изготовления панели покрытия является наложение общей листовой обшивки на системе стержневых каркасов и крепление ее к стержням по периметру плоской развертки. Это позволяет обеспечить работу обшивки по всем граням объемной формы панели как единого конструктивного элемента.
Пространственная форма тонколистовой обшивки обеспечивает выполнение функции ограждающего элемента покрытия и функции основного несущего растянутого элемента покрытия. Ограждающим конструктивным элементом покрытия являются прямоугольные мембраны со стержневыми опорными контурами. Мембраны смежных прямоугольных участков работают совместно, так как стержни, разделяющие эти участки, не имеют жесткой связи с мембраной. Поэтому обеспечивается возможность относительного смещения обшивки и стержней опорного контура. Такая особенность позволяет создавать преднапряжение обшивки одновременно на всех прямоугольных участках панели в продольном и поперечном направлениях.
Третья особенность предлагаемого способа изготовления панели покрытия - поворот каркасов относительно смежных продольных и поперечных стержней до их сопряжения и перегиб обшивки до получения объемной замкнутой или разомкнутой формы с линейными плоскостями каркасов. Преобразование плоской развертки в объемную форму осуществляется одной или несколькими однотипными операциями поворота каркасов. Например, конструкция панели (фиг. 1-4) преобразовывается в объемную форму за счет одной технологической операции поворота каркасов I и II относительно продольных смежных стержней. В других конструкциях панелей необходимо несколько последовательных операций поворота каркасов (фиг. 9-12): во-первых, поворот относительно смежных продольных стержней каркасов плоской развертки; во-вторых поворот относительно смежных поперечных стержней этих каркасов.
В более сложных конструктивных формах пространственных панелей (фиг. 13-16, фиг. 18-19) преобразование плоской развертки включает поворот нескольких каркасов II относительно продольных смежных стержней и несколько поворотов каркасов относительно смежных поперечных стержней.
Универсальный предлагаемый способ изготовления разнообразных пространственных панелей покрытий может быть расширен и на изготовление стеновых панелей промышленных зданий. Например, панель (фиг. 26) может быть использована как стеновая. В этом случае каркас I также образует наружную ограждающую поверхность стены. Каркас II придает поперечную жесткость зданию, выполняет роль колонны поперечной рамы каркаса промздания. В плоскости крайних продольных стержней каркасов II, параллельной плоскости наружной обшивки, закрепляется внутренняя стеновая поверхность здания из материалов, соответствующих условиям эксплуатации здания. Между внутренней стеновой поверхностью и наружной тонколистовой обшивкой прокладывается технологическое оборудование. В качестве утеплителя возможна наклейка на внутреннюю поверхность листовой обшивки пенопласта или другого теплоизоляционного материала.
Использование: при возведении гражданских, производственных и сельскохозяйственных зданий. Способ изготовления панелей включает предварительную раскладку стержней и фиксацию их в каркасы, последующее наложение и закрепление листовой обшивки к каркасам, преобразование плоскостей в объемную форму и закрепление ее затяжками. Раскладку стержневых каркасов производят по схеме плоской развертки, наложение и крепление обшивки производят по периметру плоской развертки, преобразование в объемную форму осуществляют поворотом каркасов относительно смежных продольных и поперечных стержней до их сопряжения и перегибом обшивки до получения замкнутой или разомкнутой формы с линейными плоскостями каркасов. 26 ил.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ, включающий предварительную раскладку стержней и фиксацию их в каркасы, последующее наложение и закрепление листовой обшивки к каркасам, преобразование плоскостей в объемную форму и закрепление ее затяжками, отличающийся тем, что раскладку стержневых каркасов производят по схеме плоской развертки, наложение и закрепление обшивки производят по периметру плоской развертки, а преобразование в объемную форму осуществляют поворотом каркасов относительно смежных продольных и поперечных стержней до их сопряжения и перегибом обшивки до получения объемной замкнутой или разомкнутой формы с линейными плоскостями каркасов.
