БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ВИСЯЧЕЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 1994 года по МПК E04B7/14 

Изобретение относится к строительству и предназначено для применения в качестве покрытий большепролетных сооружений, выполняемых на круглом плане.

Аналогом предложенного покрытия может служить проект висячего покрытия круглого в плане здания диаметром в несколько километров [1,2], разработанный инженером Заком в США. Новая конструктивная схема для висячего шатрового покрытия представляет собой центральную опору, опорный контур в виде коробчатого кольца и систему радиальных и кольцевых вант. Радиальные ванты предусматриваются двух типов: провисающие несущие ванты (воспринимают силы натяжения, собственный вес покрытия, снег и т.д.) и напрягающие вогнутые ванты (воспринимают ветровые нагрузки, вибрацию и колебания), по которым укладывается настил типа многослойной мембраны складчатого типа. Расположенная в центре покрытия опора из стали высотой 300 м позволяет сократить пролет вдвое. Объем опорной башни и наружного коробчатого кольца можно использовать для размещения магазинов, учреждений, складов и т.д.

На сегодня прочность сталей, идущих на изготовление вант, позволяет выполнять висячие покрытия пролетом в несколько километров, притом сказанное достижимо и теоретически, и практически. Потому проектное решение американского инженера В. Зака отнюдь не фантастично, хотя и имеются определенные трудности для его практической реализации.

Значительным недостатком проектного решения инженера В.Зака является принятый в проекте конструктивный прием увеличения поперечной жесткости покрытия посредством слоистой мембраны, укладываемой зигзагообразно, поочередно по верхним и нижним вантам. В итоге, рассматриваемая в качестве аналога система покрытия является по сути дела двухпоясной, что ведет к значительному расходу стали на ванты, а зигзагообразная укладка поочередно на верхние несущие и нижние напрягающие ванты слоистого пластика мембраны значительно усложняет узлы опирания. Слоистая мембрана должна быть прозрачна, достаточно прочна, пластична, теплостойка, невозгораема и иметь небольшой вес. А для упрощения узлов опирания материал мембраны должен допускать простое по выполнению, но достаточно надежное, клеевое соединение при монтаже и ремонте. Все эти требования усугубляют недостатки проектного решения аналога особенно потому, что вышеупомянутая слоистая мембрана укладывается по вантам на всей поверхности покрытия, т.е. без использования какого-либо другого конструктивного решения. И еще один большой недостаток в том, что уход за зигзагообразной поверхностью слоистой мембраны, притом на ее огромной площади, практически невозможен и невыполним. Потому при длительной эксплуатации такого покрытия поверхности (как наружная, так и внутренняя внутри сооружения) покроются светонепроницаемым слоем копоти, пыли и грязи, материал пластика со временем потускнеет и потеряет свои светопрозрачные качества.

Другим аналогом может служит "Висячее покрытие для радиальных сгустителей обогатительных фабрик", например покрытие над шлам-бассейном диаметром 40 м, решенное в сборно-монолитном железобетоне [3]. Этот аналог, как и предложенное конструктивное решение заявителя, шатровой системы с опиранием покрытия на центральную стойку и круговое опорное железобетонное кольцо, и так же однопоясной схемы расположения вант по высоте.

Однако в этом аналоге вообще не затронуто решение вопросов, касающихся естественного освещения и вентиляции, так как по условиям эксплуатации этих сооружений ни то, ни другое не требуется. Поэтому этот аналог не может быть принят в качестве прототипа.

Прототипом заявленного конструктивного решения может служить покрытие гаража в Киеве, разработанное Промстройпроектом [4]. Покрытие круглое в плане, диаметром 161 м представляет собой шатер с центральной башней-стойкой диаметром 8 м, являющейся также вентиляционной шахтой. От центральной стойки к опорному кольцу по радиусам расходятся 82 троса диаметром 65 мм. На тросы уложены железобетонные кассетные плиты, швы между которыми замоноличены расширяющимся бетоном, что позволило обжать плиты. Вместе с утеплителем собственный вес покрытия составляет 200 кгс/м². Форма шатрового покрытия имеет в центральной зоне отрицательную кривизну, а у наружной - положительную.

Большим недостатком [4] является недостаточная естественная освещенность интерьера, осуществляемая только лишь через остекление наружной контурной стены, ибо световые фонари в покрытии отсутствуют вообще; неудовлетворительно обстоит дело с естественной вентиляцией ибо вентиляционные фрамуги в покрытии тоже не предусмотрены. Третьим большим недостатком конструкции прототипа является весьма низкая, явно недостаточная, его поперечная жесткость, что приводит к крайне нежелательным поперечным колебаниям оболочки, носящим локальный характер, вызываемым порывами ураганного ветра.

Цель изобретения - повышение поперечной жесткости покрытия путем введения в его конструкцию стержневой пространственной фермы кругового (кольцевого) очертания в плане, треугольного поперечного сечения, достижение хорошей естественной освещенности внутреннего пространства сооружения и достижение хорошего функционирования естественной вентиляции.

Сущность изобретения состоит в том, что большепролетное висячее покрытие с кольцевой пространственной фермой жесткости, выполненное на круглом плане, содержащее центральную башню-стойку, оголовок башни-стойки, наружную стену кругового очертания в плане, опорное железобетонное кольцо полого поперечного сечения, радиальные несущие ванты, концы которых заанкерены в оголовке центральной башни-стойки и опорном железобетонном кольце, покрытие с кровельным ковром, водоприемные воронки (на чертежах не показаны), выполнено со световым фонарем кольцевого в плане очертания, имеющим треугольное поперечное сечение, выполненным в виде стержневой пространственной фермы с ее опиранием на несущие радиальные ванты в уровне нижнего пояса фермы, при этом наклонные верхние (наружная и внутренняя) поверхности светоаэрационного фонаря оклеены светопрозрачной пленкой или же остеклены и снабжены открывающимися фрамугами.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, вид в плане.

Большепролетное висячее покрытие с кольцевой пространственной фермой жесткости содержит центральную башню-стойку 1, оголовок 2 башни-стойки, наружную круговую в плане стену 3, опорное железобетонное внутриполое кольцо 4, несущие радиальные ванты 5, треугольные фермы 6 светоаэрационного фонаря, опирающиеся на радиальные несущие ванты 5, связевые фермы 7 светоаэрационного фонаря, завязывающие плоские треугольные фермы 6 в пространственную кольцевую в плане ферму жесткости, покрытие и кровлю 8, заполнение световых проемов фонаря 9 светопрозрачным листовым или рулонным материалом (например, стеклом или светопрозрачной пленкой), водоприемные воронки (на чертежах не показаны).

Достоинства и преимущества предложенного заявителем большепролетного висячего покрытия с кольцевой пространственной фермой жесткости состоят в достижении высокой поперечной жесткости конструкции покрытия как в целом, так и локальных его участков, а также в достижении хорошей естественной освещенности внутреннего пространства сооружения и должного функционирования естественной вентиляции.

Использование: в покрытиях большепролетных сооружений, выполняемых на круглом плане. Большепролетное висячее покрытие включает центральную стойку с оголовком, опорное железобетонное кольцо, радиальные ванты, концы которых заанкерены в оголовке стойки и в опорном кольце, световой фонарь и покрытие с кровельным ковром. Световой фонарь выполнен в виде кольцевой пространственной фермы треугольного поперечного сечения, нижними поясами, опирающейся на радиальные ванты в зоне наибольшего их провисания. Наружные поверхности светового фонаря выполнены с остеклением или с оклейкой светопрозрачной пленкой и снабжены открывающимися фрамугами. 2 ил.

БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ВИСЯЧЕЕ ПОКРЫТИЕ, включающее центральную стойку с оголовком, опорное железобетонное кольцо, радиальные ванты, концы которых заанкерены в оголовке стойки и в опорном кольце, световой фонарь и покрытие с кровельным ковром, отличающееся тем, что световой фонарь выполнен в виде кольцевой пространственной фермы треугольного поперечного сечения, нижними поясами опирающейся на радиальные ванты в зоне наибольшего их провисания, при этом наружные поверхности светового фонаря выполнены с остеклением или с оклейкой светопрозрачной пленкой и снабжены открывающимися фрамугами.