БЕСКАРКАСНЫЙ АНГАР Российский патент 2003 года по МПК E04B1/32 

Изобретение относится к наземному строительству, в частности к арочным сооружениям, выполненным из самонесущих строительных элементов, и может найти применение при строительстве складов, ангаров, хранилищ сельскохозяйственной продукции, гаражей, ремонтных мастерских и т. д.

Известно арочное сооружение, состоящее из криволинейных элементов, соединенных между собой в виде металлических ферм [1]. В данном сооружении для усиления несущей способности здания необходимо использование ребер жесткости или стержневых ферм для создания поддерживающего каркаса.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является арочное сооружение из самонесущих строительных элементов [2]. Бескаркасный ангар содержит покрытие из тонкостенного листового профилированного материала в виде отдельных самонесущих арочных элементов, расположенных преимущественно в два равноудаленных друг от друга слоя с утеплителем в промежутке между ними и имеющих форму сегмента цилиндра, и соединенных между собой внахлест с образованием водонепроницаемых стыковых соединений, причем торцевые стенки сооружения изготовлены из того же материала, имеющего прямолинейную форму, при этом верхние кромки торцевых строительных элементов обрезаны по форме арочного покрытия и закреплены к арочному покрытию с напуском арочного покрытия над торцевыми стенками. Обычно такие сооружения имеют ширину от 12 м или менее и радиус сегмента цилиндра 6 м и менее.

Данное сооружение, бескаркасный ангар, обладает следующими недостатками. Его высота составляет половину ширины, что обычно превышает необходимые потребности. Это приводит к уменьшению полезного объема сооружения, ухудшению условий его отопления и связанных с этим повышенных затрат на энергопотребление. Кроме того, уменьшается нагрузочная способность сооружения и его устойчивость к боковым нагрузкам. Уменьшение высоты сооружения улучшает прочностные характеристики, однако приводит к тому, что крайние боковые вдоль сооружения участки не имеют плоских поверхностей у основания, а это снижает полезную площадь сооружения. Кроме того, для такого сооружения требуется повышенный расход материала.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение нагрузочной способности сооружения и устойчивости к боковым нагрузкам, полезного объема и площади ангара, экономия материала и энергозатрат на отопление.

Указанная цель достигается тем, что бескаркасный ангар в поперечном сечении повторяет форму потери устойчивости, а именно выполнен асимметричным со смещением вершины арочного элемента в сторону от продольной оси и переходом к вертикальной боковой стенке, причем радиус дуги сегмента цилиндра составляет 0,4...0,6 полуширины сооружения, а с противоположной от оси стороны покрытие имеет выпуклые и/или прямолинейные участки.

Кроме того, бескаркасный ангар выполнен составным из двух половин, обращенных друг к другу вершинами арок, причем в соприкасающихся стенках выполнены проемы, а вершины арок дополнительно соединены тонкостенным листовым профилированным материалом по всей длине сооружения и с торцов.

Сущность изобретения подтверждается следующими чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - формы арочного сооружения по известному техническому решению и потери устойчивости;
фиг. 2 - профили бескаркасного ангара, повторяющие формы потери устойчивости;
фиг.3 - бескаркасный ангар в аксонометрии;
фиг.4 - составной бескаркасный ангар.

Бескаркасный ангар содержит покрытие из тонкостенного листового профилированного материала в виде отдельных самонесущих арочных элементов, имеющих форму сегмента цилиндра и соединенных между собой внахлест с образованием водонепроницаемых стыковых соединений, причем торцевые стенки сооружения изготовлены из того же материала, имеющего прямолинейную форму, при этом верхние кромки торцевых строительных элементов обрезаны по форме арочного покрытия и закреплены к арочному покрытию с напуском арочного покрытия над торцевыми стенками.

Бескаркасный ангар по прототипу имеет форму 1 сегмента цилиндра, как показано на фиг.1. Такая форма под действием вертикальной внешней нагрузки (например, под действием веса слоя снега), арка деформируется и принимает форму 2 потери устойчивости с уменьшением радиуса дуги сегмента цилиндра и криволинейных, включая вогнутые, участков. При этом, как показывают расчеты, выполненные по методике для нелинейного уравнения устойчивости, описанной в [3] для двухшарнирной арки, данная форма обладает большей несущей способностью не только по отношению к собственной массе сооружения, но и к действию внешних нагрузок как вертикальных, так и боковых.

На фиг.2 показаны варианты предлагаемой формы поперечного сечения 3 и 4 арочного сооружения, повторяющие описанную форму потери устойчивости, имеющие радиусы R1 и R2. Обе формы асимметричны со смещением вершины 5 арочного элемента относительно оси, что обеспечивается величинами радиусов R1 и R2, то есть, чем меньше радиус, тем больше смещение вершины 5 арочного сооружения от продольной оси сооружения. На пологом участке покрытие может иметь криволинейную форму, выполненную в процессе прокатки листа. На отдельных участках строительного элемента могут быть расположены прямолинейные участки, например на стенке со стороны вершины арочного сооружения, на противоположной стенке, а также на пологом участке (фиг.3), где показан бескаркасный ангар в аксонометрии с прямолинейными участками и с торцевыми стенками 7, выполненными из тонкостенного листового профилированного материала прямолинейной формы.

Для образования формы потери устойчивости радиус дуги сегмента цилиндра должен составлять 0,4. ..0,6 полуширины сооружения. Если радиус меньше 0,4 полуширины S сооружения, то форма сооружения приближается к форме сооружения с односкатным покрытием, то есть не является арочным. Если указанный радиус больше 0,6 полуширины S сооружения, то арочное сооружения приобретает недостатки, указанные в критике прототипа. Анализ показал, что для образования формы потери устойчивости радиус дуги сегмента цилиндра должен составлять 0,4...0,6 полуширины S сооружения.

Предлагаемый бескаркасный ангар может иметь следующие технические характеристики. Из рулонного листа толщиной 1 мм и шириной 1,25 м получен на стане гнутый профилированный лист с трапециевидными гофрами по ГОСТ 24045-94 с высотой гофр 21 мм и шириной 1 м. Длина заготовки составляет 17,1 м. Заготовка имеет от края прямолинейный участок длиной 1 м, затем криволинейный участок длиной 4,2 м, изогнутый радиусом 3 м, далее прямолинейный участок длиной 5-9 м и оставшаяся часть заготовки изогнута радиусом 3 м. Ширина сооружения с такими характеристиками составляет 12 м, а длина может быть любая. Для сооружения с шириной 12 м по прототипу длина заготовки должна составлять 18,85 м, при этом экономия материала составляет около 10%. Высота сооружения составляет 4,2 м при высоте сооружения по прототипу 6 м. Тем самым уменьшился объем здания, что обеспечивает энергосберегающий отопительный режим бескаркасного ангара.

На фиг.4 показан составной бескаркасный ангар, выполненный из двух симметричных половин обращенных друг к другу вершинами арок, причем в соприкасающихся стенках выполнены проемы 8. Кроме того, вершины арок дополнительно соединены в продольном направлении и с торцов тонкостенным листовым профилированным материалом 9 плоской или иной формы. Это создает дополнительно воздушный объем 10, выполняющий роль утепляющего слоя. Такой бескаркасный ангар может иметь дополнительные двери 11.

Составное сооружение обладает большей устойчивостью к внешним нагрузкам, меньшим энергопотреблением при отоплении сооружения за счет соприкасающихся стенок, а также за счет наличия воздушной полости между вершинами арок. Кроме того, заявляемое составное арочное сооружение предоставляет более широкие возможности для компоновки сооружений, например, при заданной площади выполнить не длинное прямоугольное, а квадратное сооружение
Бескаркасный ангар при воздействии от внешних нагрузок работает следующим образом. Внешние нагрузки могут быть двух видов - сверху от распределенной по покрытию нагрузки от веса слоя снега и ветровые боковые. При нагружении распределенной силой у данного сооружения отсутствует случайный фактор потери равновесия, оно обладает большей вероятностью в прогнозировании деформации, поэтому обладает и большей надежностью в эксплуатации. Кроме того, у данного сооружения устойчивость к боковым ветровым нагрузкам увеличивается с обеих сторон как справа, благодаря тому, что покрытие имеет пологий склон, так и слева - боковая стенка имеет упор в виде косого участка.

Предложенный бескаркасный ангар позволяет повысить надежность и нагрузочную способность сооружения, устойчивость к внешним нагрузкам, увеличить полезный объем и площадь сооружения, уменьшить затраты на отопление сооружения, сократить расход материала.

Источники информации:
1. Патент РФ 2021435. Дата публикации 15.10.1994, МПК Е 04 В 1/32. Арочное сооружение.

2. Заявка РФ 94014475. Сводчатое сооружение арочного типа. Дата публикации 1995. Дата подачи заявки 19.04.1994 (430). Редакция МПК Е 04 В 1/32, основной индекс МПК Е 04 С 3/00. Заявитель ИЧП "Митеком Плюс".

3. Рекач В.Г. Руководство к решению задач прикладной теории упругости. Учебное пособие для студентов строительных специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1973, 384 с.

Изобретение относится к наземному строительству, в частности к арочным сооружениям, выполненным из самонесущих строительных элементов, и может найти применение при строительстве складов, ангаров, хранилищ сельскохозяйственной продукции, гаражей, ремонтных мастерских и т.д. Техническим результатом является повышение надежности и нагрузочной способности сооружения, устойчивости к внешним нагрузкам, увеличение полезного объема и площади сооружения, уменьшение затрат на отопление сооружения, сокращение расхода материала. Технический результат достигается тем, что бескаркасный ангар в поперечном сечении повторяет форму потери устойчивости, а именно выполнен асимметричным со смещением вершины арочного элемента в сторону от продольной оси и переходом к вертикальной боковой стенке, причем радиус дуги сегмента цилиндра составляет 0,4...0,6 полуширины сооружения, а с противоположной от оси стороны покрытие имеет выпуклые и/или прямолинейные участки. Кроме того, бескаркасный ангар выполнен составным из двух половин, обращенных одна к другой вершинами арок, причем в соприкасающихся стенках выполнены проемы, а вершины арок дополнительно соединены тонкостенным листовым профилированным материалом по всей длине сооружения и с торцов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Бескаркасный ангар, содержащий покрытие из тонкостенного листового профилированного материала в виде отдельных самонесущих арочных элементов, имеющих форму сегмента цилиндра и соединенных между собой внахлест с образованием водонепроницаемых стыковых соединений, причем торцевые стенки сооружения изготовлены из того же материала, имеющего прямолинейную форму, при этом верхние кромки торцевых строительных элементов обрезаны по форме арочного покрытия и закреплены к арочному покрытию с его напуском над торцевыми стенками, отличающийся тем, что бескаркасный ангар в поперечном сечении повторяет форму потери устойчивости, а именно выполнено асимметричным со смещением вершины арочного элемента в сторону от продольной оси и переходом к вертикальной боковой стенке, причем радиус дуги сегмента цилиндра составляет 0,4. . . 0,6 полуширины сооружения, а с противоположной от оси стороны покрытие имеет выпуклые и/или прямолинейные участки. 2. Бескаркасный ангар по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен составным из двух половин, обращенных одна к другой вершинами арок, причем в соприкасающихся стенках выполнены проемы, а вершины арок дополнительно соединены тонкостенным листовым профилированным материалом по всей длине сооружения и с торцов.