РЕБРИСТЫЙ КУПОЛ Российский патент 2007 года по МПК E04B7/08 E04B1/32 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при устройстве промышленных, гражданских, сельскохозяйственных и складских сооружений.

Известно пространственное купольное покрытие, включающее каркас, составленный из замкнутых ячеек, соединительные элементы, установленные в узлах сопряжения перекрестной решетки, образующей каркас [Р.Dutko A Kolektiv. Drevene konstrukcie, Alfa, Bratislava, 1976, с.317, 318].

Недостатком этого покрытия является сложность монтажа, которая требует при сборке узловых соединений высокой квалификации монтажников, поскольку элементы покрытия образуют сложную перекрестную решетку.

Известен также ребристый купол, содержащий нижнее и коньковое опорные кольца, соединенные с ними и имеющие оголовки деревоклеенные радиальные ребра, одни концы которых прикреплены шарнирно к нижнему опорному кольцу, и прогоны. Противолежащие ребра купола объединены в двухшарнирные арки или рамы [Авт. свид. СССР №1106880; дата публикации 07.08.84]. В данной конструкции образована неизменяемая перекрестная система ребер, а коньковое кольцо является частью арки и воспринимает часть изгибающей нагрузки.

Недостатком известного ребристого купола является высокая материалоемкость.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятым в качестве прототипа, является купольное покрытие, содержащее меридиональные арочные элементы (ребра), закрепленные одними концами шарнирно к центральному опорному контуру, а другими - к опорным элементам, установленным по периметру покрытия. Меридиональные арочные элементы выполнены составными из шарнирно соединенных частей (несущих элементов). В местах соединения этих частей пропущены горизонтальные кольцевые несущие ванты [Авт. свид. СССР №953130; дата публикации 23.08.82].

Материалоемкость этой конструкции ниже, чем в предыдущей. Но эта известная конструкция купольного покрытия характеризуется относительно невысокой жесткостью системы вантовых колец, в условиях несимметричных горизонтальных нагрузок. Это приводит к тому, что конструкция имеет малую несущую способность.

Задача изобретения - повысить несущую способность купола при действии несимметричных горизонтальных нагрузок, при низкой его материалоемкости.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение при решении поставленной задачи, заключается в повышении жесткости конструкции и равномерном распределении действующей на поверхность купола нагрузки.

Для решения поставленной задачи в ребристом куполе, содержащем составные меридиональные арочные ребра, выполненные из шарнирно соединенных между собой несущих элементов, шарнирно закрепленные верхними концами к центральному опорному элементу, а нижними - к опорным элементам основания, равномерно расположенным по периметру купола, и кольцевые несущие элементы, закрепленные к меридиональным арочным ребрам в местах соединений образующих их несущих элементов, в отличие от прототипа, согласно изобретению ребристый купол снабжен дополнительными элементами жесткости, кольцевые несущие элементы выполнены из жестких прогонов, образующих в каждом из секторов купола с несущими элементами меридиональных арочных ребер жесткие трапециевидные и верхнюю треугольную секции, а дополнительные элементы жесткости размещены в трапециевидных секциях купола в шахматном порядке и выполнены, каждый, в виде четырехугольника из стержней, жестко закрепленного вершинами в серединах несущих элементов, образующих стороны трапеции.

Новым является также то, что все несущие и дополнительные элементы жесткости в частном случае выполнены деревянными.

Кроме того, несущие элементы меридиональных арочных ребер выполнены одинаковой длины.

Меридиональные арочные ребра и кольцевые несущие элементы образуют решетчатую плоскую конструкцию. В вершине купола все ребра присоединяются шарнирно к верхнему кольцу. Верхнее кольцо, как правило, запроектировано на изгиб и кручение.

Меридиональные арочные ребра воспринимают нагрузки, направленные только в своей плоскости, и не способны воспринимать нагрузки в перпендикулярных им плоскостях, ввиду малой жесткости их в этом направлении.

Кольцевые несущие элементы, выполненные из жестких прогонов, опоясывают весь купол и не прерываются, чем повышается жесткость конструкции. Кольцевые несущие элементы работают на нормальные усилия, возникающие в них при общей работе купола.

Дополнительные элементы жесткости, выполненные в виде четырехугольников, жестко закрепленных вершинами в серединах кольцевых несущих элементов (прогонов), являются, по сути, жесткими дисками, способными воспринимать нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости основных ребер, тем самым обеспечивается устойчивость ребер купола и неизменяемость его в целом. Образованные дополнительные решетчатые связи в виде четырехугольников из стержней раскрепляют середины несущих элементов меридиональных арочных ребер, образующих купол, тем самым создается возможность уменьшить их свободную длину и сечение, следствием чего является снижение материалоемкости. Дополнительные решетчатые связи располагаются в плоскости трапециевидных секций купола в шахматном порядке, что вызывает равномерное перераспределение усилий в куполе и, как следствие, высокую несущую способность купола при несимметричных нагрузках.

Выполнение несущих элементов меридиональных арочных ребер одинаковой величины упрощает монтаж купола.

Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники конструкции куполов, в которых элементы жесткости выполнены в виде четырехугольников из стержней, закрепленных вершинами в серединах соответствующих несущих элементов, образующих трапециевидные секции, и расположенных по поверхности купола в шахматном порядке. Это говорит о том, что предлагаемая конструкция купола явным образом не следует из уровня техники и заявляемое техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.

Кроме этого, очевидным является то, что для обеспечения жесткости, стойкости к нагрузкам, т.е. для повышения несущей способности конструкции, необходимо увеличить сечение несущих элементов и их количество. Заявленная конструкция за счет равномерного распределения нагрузки по поверхности купола обладает высокой несущей способностью и одновременно позволяет уменьшить сечение несущих элементов, т.е. снизить материалоемкость. Это еще раз подтверждает соответствие заявленной конструкции критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен ребристый купол в объеме; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - то же, общий вид.

Ребристый купол содержит составные меридиональные арочные ребра 1 (фиг.2), выполненные из шарнирно соединенных между собой несущих элементов 2 (фиг.1). Составные меридиональные арочные ребра 1 закреплены верхними концами к центральному опорному элементу 3, а нижними - к опорным элементам основания 4, равномерно расположенным по периметру купола. К меридиональным арочным ребрам 1 в местах соединений их несущих элементов 2 закреплены кольцевые несущие элементы 5, 6, выполненные из жестких прогонов. В каждом из секторов купола жесткие прогоны горизонтальных несущих элементов 5, 6 с несущими элементами 2 ребер 1 образуют жесткие трапециевидные 7, 8 и верхнюю треугольную 9 секции (показано на фиг.1 для одного сектора). В образованных трапециевидных секциях по всей поверхности купола в шахматном порядке смонтированы дополнительные элементы жесткости 10, 11, 12, 13 и т.д. Каждый из них представляет собой четырехугольную конструкцию, выполненную из четырех стержней, которые одними концами закреплены в середине соответствующих жестких прогонов несущих элементов 5, 6, а другими - в середине несущих элементов 2 ребер 1. Составные меридиональные арочные ребра 1 выполнены из несущих элементов 2 одинаковой длины. Несущие элементы 2, жесткие прогоны горизонтальных несущих элементов 5, 6 и стержни дополнительных элементов жесткости могут быть выполнены из дерева, а также из других материалов. Возможно выполнение конструкции и в металле (сталь, алюминиевые сплавы).

Заявленная конструкция промышленно применима. Она является сборно-разборной.

Монтаж ребристого купола производят любыми традиционными способами, известными в строительстве куполов. Но предпочтительней и проще монтаж купола при помощи пневматической воздухоопорной оболочки.

Большое достоинство этого способа состоит в том, что какова бы ни была высота купола, монтажники работают без всяких подмостей, в удобных и безопасных условиях. Механизмы для подъема монтажных элементов им не нужны.

Оболочку расстилают на земле внутри опорных элементов основания будущего купола и закрепляют ее. Затем включают вентилятор. Когда оболочка приподнимается примерно на 1 м, вентилятор останавливают. В центре оболочки собирают центральный опорный элемент и крепят к нему несущие элементы. Затем снова включают вентилятор, оболочка вместе с лежащим на ней центральным опорным элементом приподнимается еще на 2 м. Монтажники наращивают каркас купола на эти 2 м сверху вниз. Такие циклы повторяются, пока не будет собран весь каркас купола.

Такая конструкция купола позволяет легко организовать необходимые световые проемы, двери. Это еще раз подтверждает ее промышленную применимость.

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям купольных покрытий. Технический результат изобретения заключается в обеспечении жесткости и равномерном распределении действующей нагрузки по поверхности купола, что повышает его несущую способность. Купол содержит меридиональные арочные ребра из шарнирно соединенных между собой несущих элементов. В местах соединения этих несущих элементов к меридиональным арочным ребрам закреплены жесткие прогоны, образуя по поверхности купола кольцевые несущие элементы. Эти кольцевые несущие элементы делят каждый сектор купола на трапециевидные и верхнюю треугольную секции. В трапециевидных секциях жестко закреплены дополнительные элементы жесткости, выполненные в виде четырехугольника из стержней. Четырехугольники размещены по поверхности купола в шахматном порядке, и каждый закреплен своими вершинами в серединах соответствующих жестких прогонов и несущих элементов, образующих стороны трапеции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ребристый купол, содержащий составные меридиональные арочные ребра, выполненные из шарнирно соединенных между собой несущих элементов, шарнирно закрепленные верхними концами к центральному опорному элементу, а нижними - к опорным элементам основания, равномерно расположенным по периметру купола, и горизонтальные кольцевые несущие элементы, закрепленные к меридиональным арочным ребрам в местах соединений образующих их несущих элементов, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными элементами жесткости, кольцевые несущие элементы выполнены из жестких прогонов, образующих в каждом из секторов купола с несущими элементами меридиональных арочных ребер жесткие трапециевидные и верхнюю треугольную секции, а дополнительные элементы жесткости размещены в трапециевидных секциях купола в шахматном порядке и выполнены, каждый, в виде четырехугольника из стержней, жестко закрепленного вершинами в серединах несущих элементов, образующих стороны трапеции.2. Ребристый купол по п.1, отличающийся тем, что все несущие и дополнительные элементы жесткости выполнены деревянными.3. Ребристый купол по п.1, отличающийся тем, что несущие элементы меридиональных арочных ребер выполнены одинаковой длины.