РЕБРИСТЫЙ КУПОЛ ИЗ КЛЕЕДЕРЕВЯННЫХ АРОЧНЫХ ФЕРМ Российский патент 2021 года по МПК E04B1/32 

Изобретение относится к сфере промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства, в частности к архитектуре и строительству зданий и сооружений различного назначения.

Купол, как отдельная формообразующая конструктивная система, нашел широкое применение в качестве традиционного типа жилья у многих коренных народов, проживающих в различных климатических условиях. Также купольные конструкции активно используются в современных архитектурно-строительных проектах зданий и сооружений различного назначения, что позволяет существенно расширить объемно-планировочные решения, повысить эргономические характеристики, и снизить эксплуатационные расходы. В том числе представлены широкие возможности для качественного обеспечения нормируемых значений и показателей в области архитектурной и строительной акустики, светотехники, строительной теплотехники и аэродинамики.

Из технической литературы автором Липницким М.Е. в книге Купола (расчет и проектирование). - Л.: Изд-во лит-ры по строительству, 1973. - 128 с. [1] выделены купола следующих типов: купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые с решетчатыми связями и сетчатые, а также различные варианты их модификации.

Из научно-технической литературы [1] известен ребристый купол, состоящий из отдельных плоских ребер, установленных в радиальном направлении. Ребристые купола являются распорной системой. В вершине купола к верхнему кольцу примыкают радиально расположенные ребра. При этом конфигурация нижнего опорного кольца в плане может быть выполнена изогнутой по заданному радиусу, либо в виде многогранника с жестким или шарнирным сопряжением в углах. Между ребрами укладываются специальные настилы, либо создается мембранное или панельное покрытие.

Известна куполообразная конструкция с деревянной аркой по патенту CN №202809943, Е04В 7/08, опубл. 20.03.2013 [2], у которой нижние арочные пояса и нервюры выполнены из деревянных элементов, соединяемых друг с другом по системе шип-паз.

Недостатком такой конструкции является значительное количество соединений деревянных элементов, что требует высоких физико-механических качеств используемой древесины, квалифицированного монтажа конструкции и высокой точности в геометрии каждой детали.

Известен купол по патенту РФ на изобретение RU №2627800, Е04В 1/32, опубл. 11.08.2017 [3], состоящий из составных меридиональных арочных ребер, равномерно расположенных по периметру купола, верхние концы которых соединены с центральным опорным элементом, а нижние - с опорным элементом основания. Меридиональные арочные ребра выполнены из состыкованных внахлест торцами под углом друг к другу элементов, скрепленных нагелями. В каждом из узлов сопряжения элементов ребра также предусмотрено крепление горизонтальных прогонов, надеваемых на свободные концы нагелей.

Недостатком такого решения является то, что меридиональные арочные ребра представляют собой составную конструкцию, элементы которой соединяются нагелями. Наличие горизонтальных прогонов в узловых соединениях является уязвимым местом, поскольку их геометрическое смещение может привести к прогрессирующему обрушению. Вместе с тем, большое количество узловых соединений и необходимого для них металлического крепежа приводит к снижению теплотехнической однородности конструкции.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой конструкции купола, принятым в качестве прототипа, рассматривается купол, по патенту РФ на полезную модель RU 193237, Е04В 1/32, опубл. 21.10.2019 [4], содержащий составные меридиональные арочные ребра, равномерно расположенные по периметру купола. Меридиональные арочные ребра закреплены сверху к центральному элементу (в терминологии описания предлагаемого изобретения - верхний опорный элемент), а снизу - к опорному элементу основания (в терминологии настоящего патента - нижний опорный элемент основания). Все элементы каркаса купола выполнены деревянными, верхний опорный элемент имеет форму диска. Как и в вышеописанном патенте [3], элементы арочных ребер соединены между собой внахлест по вырезанным торцам и скреплены в поперечном направлении нагелями, а также соединены с горизонтальными прогонами, надетыми на свободные концы нагелей. Отличием прототипа от конструкции, описанной в патенте [3], является использование в узлах креплений по принципу шип-паз, образуемых за счет фрезерованных торцов элементов со смещенными гранями.

Конструкция прототипа обладает рядом недостатков, связанных в основном с тем, что аналогично куполу из патента [3], данное решение включает большое количество конструктивных элементов и их соединений, выполненных с применением металлических изделий. Совокупность конструктивной системы не обеспечивает в достаточной степени жесткость и устойчивость узловых соединений при возникновении линейных деформаций из-за податливости элементов. Исключение из работы конструкции купола одного из конструктивных элементов в продольном или поперечном направлениях может привести к аварийной ситуации, вследствие чего может возникнуть прогрессирующее обрушение. Также вышеперечисленные характеристики прототипа в целом снижают теплотехническую однородность конструкции. С другой стороны, конструкция прототипа не предусматривает возможность адаптивного конструирования каждой детали, включая распил и раскрой пиломатериалов, что приводит к увеличению затрат и отходов при производстве конструктивных элементов.

Кроме того, выполненный в форме диска верхний опорный элемент исключает возможность установки сверху по центру купола светопрозрачной конструкции (например, зенитного фонаря), которая могла бы служить для эффективной инсоляции и аэрации помещения. Кроме того, соединение такого опорного элемента с меридиональными ребрами достаточно уязвимо. Диск закрепляется в равномерно расположенные пазы, имеющиеся в верхней части меридиональных ребер. В процессе предварительного обжатия контура диска в местах его сопряжения с пазами образуются площадки местного смятия, вследствие чего возникает повышенная деформативность этих узловых соединений. Работа такого типа соединений в деревянных конструкциях может вызвать деструкцию материала.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании теплотехнически однородной конструкции каркаса ребристого купола, обладающей повышенной пространственной жесткостью и устойчивостью к деформациям. Ниже, в том числе при описании частных случаев выполнения предлагаемого изобретения, будут названы и другие виды достигаемого технического результата.

Предлагаемая конструкция каркаса ребристого купола, как и указанная выше наиболее близкая к нему [4], включает меридиональные арочные ребра, нижний опорный элемент основания, выполненные из деревянных элементов, а также верхний опорный элемент. Каждое из меридиональных арочных ребер в верхней своей части соединено с верхним опорным элементом, а в нижней части - с нижним опорным элементом основания, при этом в совокупности меридиональные арочные ребра равномерно распределены по контуру верхнего и нижнего опорных элементов.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом каркасе ребристого купола, в отличие от прототипа, в качестве конструктивных элементов для изготовления меридиональных арочных ребер и нижнего опорного элемента основания использованы клеедеревянные арочные фермы, каждая из которых содержит два криволинейных пояса, скрепленных между собой соединительной решеткой, причем каждый из поясов имеет консольные выпуски с обоих концов.

Клееная деревянная арочная ферма, представляющая собой клееные деревянные пояса, соединенные треугольной решеткой, образуемой стойками и раскосами, известна по патенту РФ на полезную модель RU №197887, Е04С 3/12, опубл. 04.06.2020 [5]. Однако, в предлагаемой конструкции каркаса купола используются модификации клееной деревянной арочной фермы по патенту [5], позволяющие реализовать надежные узловые соединения элементов каркаса купола и оптимизировать материалоемкость конструкции. В отличие от технического решения по патенту [5], клеедеревянные арочные фермы, используемые в качестве конструктивных элементов предлагаемого каркаса купола, содержат консольные выпуски на концах поясов. Кроме того, клеедеревянные арочные фермы, из которых изготовлен нижний опорный элемент основания, имеют другой тип соединительной решетки, упрощенный по сравнению с техническим решением по патенту [5]. Применение клеедеревянных арочных ферм, наряду с отмеченными особенностями их изготовления способствуют достижению указанного выше технического результата благодаря характеру их статической работы и функциональному взаимодействию таких ферм с несущими элементами, входящими в состав предлагаемого каркаса купола, в сочетании с конструктивными решениями выполнения этих элементов, что более подробно поясняется далее.

Каждое меридиональное арочное ребро представляет собой клеедеревянную арочную ферму с полигональной соединительной решеткой, включающей стойки, ортогональные поясам фермы, и расположенные между стойками раскосы, причем любые два соседних раскоса соединены с одним и тем же концом стойки, расположенной между ними.

Нижний опорный элемент основания выполнен в виде замкнутого разъемного кольца и представляет собой совокупность клеедеревянных арочных ферм, соединительная решетка каждой из которых состоит из стоек, ортогональных по отношению к верхнему и нижнему поясам. Замкнутый контур нижнего опорного элемента основания образован фиксацией между собой консольных выпусков клеедеревянных арочных ферм вполдерева.

Кроме того, для достижения технического результата верхний опорный элемент выполнен в виде каркасно-кольцевой системы, которая представляет собой два одинаковых, расположенных горизонтально одно над другим кольца (верхнее и нижнее) с вертикальными поверхностями, соединенных друг с другом вертикальными стойками, равномерно распределенными по контурам колец.

Достижение технического результата также обеспечивается тем, что узлы сопряжения меридиональных арочных ребер с нижним опорным элементом основания и верхним опорным элементом выполнены посредством консольных выпусков поясов ребер: на одном конце меридионального арочного ребра консольные выпуски поясов закреплены к внешней и внутренней поверхности нижнего опорного элемента основания, а на другом конце - к внешним вертикальным поверхностям верхнего и нижнего колец верхнего опорного элемента.

Клеедеревянные арочные фермы являются плоскими конструктивными элементами. При этом область их применения ограничена характером статической работы конструкции, зависящей от наличия или отсутствия шарниров. По характеру работы клеедеревянные арочные фермы можно подразделить на следующие типы: бесшарнирная, двухшарнирная, трехшарнирная. В случае их использования в качестве ребристых конструкций купола возникает пространственный характер работы таких элементов. В предлагаемой купольной конструкции создается пространственная система, в которой каждая пара перекрестных ребер может рассматриваться как трех- или двухшарнирная арка, передающая распор нижнему опорному кольцу и верхнему соединительному элементу. Таким образом, предлагаемый ребристый купол из клеедеревянных арочных ферм обеспечивает работу меридиональных арочных ребер на восприятие осесимметричных нагрузок.

Изготовление меридиональных арочных ребер из клеедеревянных арочных ферм обеспечивает повышенные, по сравнению с прототипом, жесткость и устойчивость каркаса купола к деформациям от внешних воздействий (например, ветра и атмосферных осадков) благодаря отсутствию в их конструкции избыточных узлов крепления, а также горизонтальных прогонов. Исключение из работы конструкции каркаса купола одного меридионального арочного ребра не вызовет процессы прогрессирующего обрушения, поскольку предлагаемая конструкция защищена рациональными средствами на стадии разработки и проектирования, что реализуется благодаря увеличению степени статической неопределимости конструкции, которое обеспечивается за счет повышения неразрезности конструкции и уменьшения числа шарнирных соединений. Пространственная жесткость и устойчивость ребристого купола дополнительно достигаются за счет того, что внешняя и внутренняя поверхности меридионального арочного ребра раскрепляются панелями покрытия.

Свободное пространство между элементами соединительной решетки клеедеревянных арочных ферм позволяет эффективно использовать его для размещения теплоизоляционных материалов и трассировки инженерных коммуникаций. Таким образом, предлагаемое решение позволяет повысить теплозащитные качества ограждающей конструкции, снизить эксплуатационные расходы, достичь компактности внутреннего объема здания или сооружения и создать эргономичный дизайн интерьера.

В куполах рассматриваемого типа нижний опорный элемент основания воспринимает растяжение от максимальных распоров меридиональных арочных ребер, равномерно распределенных по его закольцованному контуру, за счет чего достигается устойчивость к линейным деформациям конструкции в целом. Устойчивость самого замкнутого контура нижнего опорного элемента основания достигается путем соединения консольных выпусков поясов клеедеревянных арочных ферм между собой вполдерева. Такой тип соединения отличается простотой изготовления и позволяет надежно сплотить элементы конструкции в единое целое.

Для уменьшения материалоемкости из конструкции соединительной решетки клеедеревянных арочных ферм, образующих нижний опорный элемент основания, исключены раскосы, поскольку они не участвуют в статической работе нижнего опорного элемента.

В целях обеспечения свободных радиальных и угловых перемещений нижнего опорного элемента основания предлагаемая конструкция может также крепиться к нижерасположенным конструкциям, например, при помощи закладных деталей и крепежных материалов, предусмотренных в местах соединений этих конструкций.

Использование клеедеревянных арочных ферм в качестве конструктивных элементов ребристого купола позволяет достичь унификации отдельных деталей для проектирования, конструирования и монтажной сборки. Например, для изготовления меридиональных арочных ребер и нижнего опорного элемента основания оптимально использовать клеедеревянные арочные фермы с одинаковым поперечным сечением поясов.

Предлагаемое конструктивное решение верхнего опорного элемента в виде каркасно-кольцевой системы позволяет предусмотреть различные варианты соединений с меридиональными арочными ребрами, обеспечивающими пространственную жесткость в узлах крепления, что повышает общую устойчивость купола при восприятии снеговых и ветровых воздействий. Например, возможна реализация болтовых соединений различных типов. При этом, подбор геометрических параметров болтов определяется расчетным способом.

Кроме того, использование верхнего опорного элемента такого типа дает возможность предусмотреть установку в объеме каркасно-кольцевой системы светопрозрачной конструкции (например, зенитного фонаря), позволяющей увеличить интенсивность и продолжительность инсоляции помещения и повысить эффективность естественного воздухообмена.

Для соединения меридиональных арочных ребер с внешними боковыми поверхностями колец верхнего опорного элемента необходимо предусмотреть, чтобы расстояние между кольцами каркасно-кольцевой системы было меньше или равнялось расстоянию между поясами меридиональных ребер, при этом конкретный выбор расстояния между кольцами и высоты поперечного сечения колец зависят от характера воспринимаемых нагрузок и внешних воздействий окружающей среды.

Совокупность указанных отличительных признаков предлагаемой конструкции каркаса ребристого купола при совместной работе всех элементов приводит к сокращению количества узлов сопряжения в конструкции и, соответственно, количества используемых крепежных материалов, благодаря чему повышается теплотехническая однородность конструкции при одновременном снижении материалоемкости. При малом количестве узлов сопряжения и унификации конструктивных элементов также упрощается монтажная сборка конструкции, что позволяет избежать затрат, связанных с приобретением специализированного оборудования и привлечением специалистов высокой квалификации. Вместе со снижением материалоемкости это удешевляет процесс возведения купольных конструкций и делает его менее трудоемким.

Крепление меридиональных арочных ребер к нижнему опорному элементу основания рекомендуется осуществлять с помощью пазовых соединений. Для этого на внешней и внутренней поверхностях нижнего опорного элемента основания выполняются соосные друг другу пазы, количество пар которых равно количеству ребер. Пары пазов равномерно распределены по контуру нижнего опорного элемента основания. Каждая пара пазов фиксируется с консольными выпусками поясов меридионального арочного ребра, при этом фиксация может быть усилена клеевыми соединениями и стеклокомпозитными стержнями. Пазы, расположенные на внешней поверхности нижнего опорного элемента основания, соединяются с консольными выпусками верхних поясов меридиональных арочных ребер, а пазы, расположенные на внутренней поверхности нижнего опорного элемента основания - с консольными выпусками нижних поясов меридиональных арочных ребер. Каждый паз выполнен таким образом, что одна из его граней сопряжена с криволинейной поверхностью консольного выпуска таким образом, что примыкающие друг к другу поверхности имеют общий угол наклона.

Наличие равномерно расположенных пазовых соединений меридиональных арочных ребер с нижним опорным элементом основания обеспечивает необходимую жесткость конструкции купола и перераспределяет возникающие нагрузки на фундамент и грунтовое основание. Также применение клеедеревянных пазовых соединений позволяет повысить теплотехническую однородность конструкции.

Оптимальное соотношение между материалоемкостью и устойчивостью конструкции также достигается при выборе количества ортогональных стоек соединительной решетки клеедеревянных арочных ферм, образующих нижний опорный элемент основания, равного 2n, где n - количество меридиональных арочных ребер.

Каркасно-кольцевая система верхнего опорного элемента может быть выполнена из металла, дерева или композитных материалов. Металлический вариант каркасно-кольцевой системы обладает преимуществами в скорости и экономичности при возведении купольной конструкции, а также имеет более высокие прочностные характеристики в процессе эксплуатации. При выполнении каркасно-кольцевой системы из металла кольца верхнего опорного элемента могут представлять собой замкнутые гнутые профили, к внешней боковой поверхности которых жестко зафиксированы (например, с помощью сварки) фасонные изделия с плоскими боковыми гранями, которые равномерно распределены по контуру колец. Фасонные изделия расположены друг относительно друга на верхнем и нижнем кольцах таким образом, что образуют пары с общей вертикальной осью симметрии. Количество таких пар фасонных изделий совпадает с количеством меридиональных арочных ребер. Крепление консольных выпусков поясов меридиональных арочных ребер к парным фасонным изделиям может осуществляться с помощью болтовых соединений или с использованием металлических зубчатых пластин. В случае использования болтового соединения в боковых гранях фасонных изделий и консольных выпусках поясов предусматриваются сквозные отверстия.

Использование для изготовления верхнего опорного элемента древесных или композитных материалов обеспечивает более высокую теплотехническую однородность конструкции. Например, каркасно-кольцевая система может быть выполнена из цельной древесины или гнутой клееной ламели. В этом случае соединение консольных выпусков поясов меридиональных арочных ребер с каркасно-кольцевой системой может быть пазовым. Для осуществления такого соединения во внешних вертикальных поверхностях верхнего и нижнего колец должны быть предусмотрены парные пазы, равномерно распределенные по контуру верхнего опорного элемента. Соответственно, количество пар таких пазов должно быть равно количеству меридиональных арочных ребер купола.

Помимо вышеперечисленных рекомендуемых характеристик в большинстве случаев для достижения технического результата, а также эргономичных показателей при проектировании и монтажной сборке каркаса купола необходимо придерживаться следующего геометрического критерия: величина двугранного угла между касательной плоскостью к внешней поверхности меридионального ребра в точке сопряжения с нижним опорным кольцом и горизонтальной плоскостью должна лежать в диапазоне от 80° до 90°.

В графической части сущность и вариативность изготовления каркаса купола по предлагаемому изобретению поясняется чертежами и фотографиями, представленными на фиг. 1-11.

Фигура 1. Общий вид конструкции каркаса купола. Изометрическая проекция.

Фигура 2. Схема расположения конструкции каркаса купола в плане.

Фигура 3. Разрез 1-1.

Фигура 4. Узел А. Вариант 1.

Фигура 5. Узел А. Вариант 2.

Фигура 6. Верхний опорный элемент, выполненный в виде каркасно-кольцевой системы из металлических гнутых профилей.

Фигура 7. Узел Б. Сопряжение меридиональных арочных ребер с верхним опорным элементом (в варианте исполнения из металла).

Фигура 8. Узел сопряжения в конструкции нижнего опорного элемента основания. Фотография в построечных условиях.

Фигура 9. Узел сопряжения меридиональных арочных ребер с нижним опорным элементом основания. Фотография в построечных условиях.

Фигура 10. Поэлементный монтаж несущих конструкций каркаса купола (с верхним опорным элементом из металлических гнутых профилей). Фотография в построечных условиях.

Фигура 11. Заключительный этап монтажа несущего каркаса купола (с верхним опорным элементом из металлических гнутых профилей). Фотография в построечных условиях.

Файл трехмерной модели изобретения в электронной форме. Наименование файла: Ребристый купол из клеедеревянных арочных ферм.stl. Представленная 3D-модель каркаса купола включает в себя сборку из клеедеревянных арочных ферм и других конструктивных деталей и элементов.

Представленный на фигурах 1, 2 каркас ребристого купола включает в себя нижний опорный элемент основания 1, образованный из клеедеревянных арочных ферм 1.1, меридиональные арочные ребра 2 и верхний опорный элемент 3 (показан вариант исполнения из металла).

На фигуре 3 проиллюстрирован продольный разрез 1-1 каркаса купола, на котором показана фронтальная проекция двугранного угла между касательной плоскостью к внешней поверхности меридионального арочного ребра 2 в точке сопряжения с нижним опорным элементом основания 1 и горизонтальной плоскостью. На чертеже указан диапазон значений угла от 80° до 90°, оптимальный для большинства случаев.

На фигурах 4, 5 в двух вариантах исполнения показан узел А, демонстрирующий типы соединения клеедеревянных арочных ферм 1.1 между собой для образования замкнутого контура нижнего опорного элемента основания 1. Пояса каждой из ферм 1.1, имеющие консольные выпуски 1.4, скреплены между собой радиально расположенными стойками 1.2. В консольных выпусках поясов 1.4 предусмотрены сквозные отверстия 1.5, позволяющие при помощи крепежных изделий, например, винтов 1.6 и гаек 1.7, выполнить соединение вполдерева 1.8 для образования замкнутого контура нижнего опорного элемента основания 1. На внешней и внутренней поверхностях нижнего опорного элемента основания 1 имеются парные пазы 1.3 (см. фиг. 5) для фиксации консольных выпусков поясов 2.1 меридиональных арочных ребер 2 (см. фиг. 4).

На фигурах 6, 7 представлен вариант выполнения каркасно-кольцевой системы верхнего опорного элемента 3 из металлических гнутых профилей. Верхнее 3.1 и нижнее 3.2 кольца соединяются стойками 3.3. К вертикальным поверхностям 3.5 верхнего 3.1 и нижнего 3.2 колец приварены парные фасонные элементы 3.4. В боковых гранях фасонных изделий 3.4 и консольных выпусках поясов меридиональных арочных ребер 2 предусмотрены сквозные отверстия 3.6, позволяющие выполнить соединение меридиональных арочных ребер 2 с верхним опорным элементом 3 с помощью стяжных болтов 3.7.

Монтаж каркаса ребристого купола, некоторые этапы которого проиллюстрированы на фиг. 8-11, выполняется в следующей технологической последовательности и с соблюдением приведенных ниже условий:

• подготавливается участок земли, на котором выполняется устройство одного из типов фундамента: например, ленточного, свайного или сплошного;

• в случае использования фундамента свайного типа, его оголовки скрепляются ростверком, на горизонтальную поверхность которого укладывается основание пола в виде отдельных секторов, образующих в плане многоугольник с опорой на центральный ростверк;

• ростверк может представлять собой разъемное кольцо, состоящее из металлических дуг, соединяемых друг с другом при помощи равнополочных уголков, привариваемых к пятам дуг с внутренней стороны; стыковка дуг, входящих в состав разъемного кольца, выполняется с помощью системы из спаренных уголков, соединяемых при помощи крепежных изделий (например, двух зеркально расположенных винтов) через заранее подготовленные отверстия;

• к нижней грани ростверка, выполненного в виде разъемного кольца, с внутренней стороны каждой дуги прерывистым швом на равном расстоянии друг от друга привариваются металлические изделия, в состав которых входят горизонтальные металлические пластины с монтажной петлей; каждая горизонтальная пластина имеет отверстие для крепления к несущей конструкции (например, фундаменту, стене, колонне) при помощи анкерных болтов;

• далее по периметру основания пола, образующего в плане форму многоугольника, укладываются клеедеревянные арочные фермы 1.1, которые скрепляются между собой за счет фиксации консольных выпусков поясов 1.4 вполдерева 1.8 с образованием нижнего опорного элемента основания 1;

• к внешней и внутренней поверхностям нижнего опорного элемента основания 1 крепятся меридиональные арочные ребра 2 за счет соединения пазов 1.3 с консольными выпусками поясов 1.4, расположенными на одном конце ребер;

• пазы 1.3 выполнены четырехгранными таким образом, что нижняя грань горизонтальна, две боковые грани ортогональны нижней, а смежная с ними грань, сопряженная с криволинейными поверхностями поясов меридионального арочного ребра - наклонная и совпадает по углу наклона с примыкающей поверхностью;

• консольные выпуски поясов 1.4, расположенные на другом конце меридиональных арочных ребер 2, прикрепляются к боковым граням парных фасонных изделий 3.4 верхнего опорного элемента 3 через заранее выполненные отверстия 3.6 при помощи стяжных болтов 3.7.

Для проверки правильности выполнения монтажа конструкции критерием может служить величина угла наклона каждого из меридиональных арочных ребер 2 к горизонтальной плоскости нижнего опорного элемента основания 1, которая должна лежать в диапазоне значений от 80° до 90°.

Все применяемые в конструкции каркаса ребристого купола клеедеревянные арочные фермы являются готовыми сборочными единицами и изготавливаются во внеплощадочных условиях, что упрощает монтаж конструкции купола. Сборка отдельных конструктивных элементов, входящих в каркас ребристого купола с внутренним объемом до 90 м³, может производиться в помещении площадью до 100 м² силами двух-трех человек.

Помимо клееной древесины, предусматривается изготовление арочных ферм для нижнего опорного элемента основания и меридиональных арочных ребер из различных композитных материалов. Условиями их применения являются относительно невысокая плотность, прочность, большая степень теплотехнической однородности и малый коэффициент теплопроводности (0,14…0,35 Вт/(м⋅°С)), обеспечивающие высокие теплозащитные характеристики.

Каркас ребристого купола из клеедеревянных арочных ферм может применяться в строительстве малоэтажных жилых домов, а также для решения различных задач в сфере промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства, архитектуры, интерьера и средового дизайна. Такой каркас купола может, например, использоваться для строительства театров и концертных залов, оранжерей, домов-лабораторий, ангаров для хранения удобрений и элеваторов, а также выставочных павильонов, банных и спа-комплексов.

Предлагаемое изобретение дает широкие возможности применения купольных конструкций в районах с различными климатическими и погодными условиями. Например, в районах с суровыми климатическими условиями, предлагаемая конструкция каркаса купола позволяет достичь высоких показателей удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и экономии энергоресурсов в процессе эксплуатации зданий и сооружений; в районах с жарким климатом - повысить теплоустойчивость ограждающих конструкций и создать оптимальные параметры микроклимата внутренних помещений. В климатических районах, характеризующихся сложными погодными условиями, например, сильными ветрами или осадками, данная конструкция позволяет обеспечить требуемые показатели по надежности и устойчивости рассматриваемой конструкции. Широкое применение ребристого купола в массовом малоэтажном строительстве позволит снизить производственные затраты на этапе изготовления отдельных конструктивных деталей, сократить количество типоразмеров элементов и упростить технологию монтажа.

Библиография

1. Липницкий М.Е. Купола (расчет и проектирование). - Л.: Изд-во лит-ры по строительству, 1973. - 128 с.

2. Патент №202809943, Китайская народная республика (CN), МПК Е04В 7/08 (2006.01). Заявл. 22.08.2012: опубл. 20.03.2013.

3. Патент №2627800, Российская Федерация (RU), МПК Е04В 1/32 (2006.01). Купол / Тарасов В.М; заявитель и патентообладатель Тарасов В.М - №2016125035: заявл. 22.06.2016: опубл. 11.08.2017, бюл. 23.

4. Патент на п.м. №193237, Российская Федерация (RU), МПК Е04В 1/32(2006.01). Купол / Журавлев И.А., Золотцев И.В; заявитель и патентообладатель Журавлев И.А., Золотцев И.В - №2019112279: заявл. 23.04.2019: опубл. 21.10.2019, бюл. 30.

5. Патент на п.м. №197887, Российская Федерация (RU), МПК Е04С 3/12 (2006.01). Клееная деревянная арочная ферма / Новожилов В.В., Кузнецов А.В., Волошина П.В; заявитель и патентообладатель Новожилов В.В., Кузнецов А.В., Волошина П.В - №2020107195: заявл. 17.02.2020: опубл. 04.06.2020, бюл. 16.

Изобретение относится к области строительства, в частности к ребристому куполу из клееных ферм. Технический результат заключается в повышении пространственной жесткости и устойчивости купола. Каркас ребристого купола включает нижний опорный элемент основания 1, меридиональные арочные ребра 2 и верхний опорный элемент 3. Для изготовления меридиональных ребер и нижнего опорного элемента основания использованы клеедеревянные арочные фермы, содержащие два криволинейных пояса, скрепленных между собой соединительной решеткой и имеющих консольные выпуски на обоих концах. Каждое меридиональное ребро представляет собой клеедеревянную арочную ферму, а нижний опорный элемент основания выполнен в виде замкнутого разъемного кольца из клеедеревянных арочных ферм. Верхний опорный элемент выполнен в виде каркасно-кольцевой системы. Узлы сопряжения меридиональных арочных ребер с нижним опорным элементом основания и верхним опорным элементом выполнены посредством консольных выпусков поясов ребер с использованием пазовых и болтовых соединений. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Каркас купола, содержащий меридиональные арочные рёбра и нижний опорный элемент основания, выполненные из дерева, а также верхний опорный элемент, при этом каждое из меридиональных арочных рёбер соединено в верхней части с верхним опорным элементом, а в нижней части - с нижним опорным элементом основания, причём нижний и верхний опорные элементы имеют замкнутый контур, а меридиональные арочные рёбра в совокупности равномерно распределены по контуру верхнего и нижнего опорных элементов, отличающийся тем, что в качестве конструктивных элементов для изготовления меридиональных арочных рёбер и нижнего опорного элемента основания использованы клеедеревянные арочные фермы, каждая из которых содержит два криволинейных пояса, скреплённых между собой соединительной решёткой, причём каждый из поясов имеет консольные выпуски с обоих концов, при этом каждое из меридиональных арочных рёбер выполнено в виде клеедеревянной арочной фермы с полигональной соединительной решеткой, включающей стойки, ортогональные поясам фермы, и расположенные между стойками раскосы, причём любые два соседних раскоса соединены с одним и тем же концом стойки, расположенной между ними, а нижний опорный элемент основания выполнен в виде замкнутого разъёмного кольца, представляющего собой совокупность клеедеревянных арочных ферм, каждая из которых включает соединительную решетку, состоящую из стоек, ортогональных по отношению к верхнему и нижнему поясам, причём замкнутый контур нижнего опорного элемента основания образован фиксацией между собой консольных выпусков клеедеревянных арочных ферм вполдерева; кроме того, верхний опорный элемент выполнен в виде каркасно-кольцевой системы, включающей два одинаковых, расположенных горизонтально одно над другим кольца с вертикальными поверхностями - верхнее и нижнее, соединённых друг с другом вертикальными стойками, равномерно распределёнными по контурам колец; кроме того, узлы сопряжения каждого из меридиональных арочных рёбер с нижним опорным элементом основания и верхним опорным элементом выполнены посредством консольных выпусков поясов меридионального арочного рёбра, при этом консольные выпуски поясов на одном конце меридионального арочного рёбра закреплены к внешней и внутренней поверхностям нижнего опорного элемента основания, а на другом конце - к внешним боковым поверхностям верхнего и нижнего колец верхнего опорного элемента.

2. Каркас купола по п. 1, отличающийся тем, что каждое меридиональное арочное ребро соединено с нижним опорным элементом основания с помощью пары соосных друг другу пазов, предусмотренных на внешней и внутренней поверхностях нижнего опорного элемента основания, при этом каждый паз выполнен таким образом, что одна из его граней сопряжена с прилегающей к ней криволинейной поверхностью консольного выпуска пояса меридионального арочного ребра, причём пары таких пазов равномерно распределены по контуру нижнего опорного элемента основания.

3. Каркас купола по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на внешних боковых поверхностях верхнего и нижнего колец верхнего опорного элемента установлены фасонные изделия с плоскими боковыми гранями, которые равномерно распределены по контуру верхнего опорного элемента и расположены относительно друг друга на верхнем и нижнем кольцах верхнего опорного элемента в виде пар с общей вертикальной осью симметрии, при этом количество пар фасонных изделий совпадает с количеством меридиональных арочных рёбер, причём для крепления меридиональных арочных рёбер к верхнему опорному элементу в боковых гранях фасонных изделий и консольных выпусков поясов меридиональных арочных рёбер предусмотрены сквозные отверстия.

4. Каркас купола по п. 1 или 2, отличающийся тем, что количество ортогональных стоек соединительной решётки клеедеревянных арочных ферм, образующих нижний опорный элемент основания, равно 2n, где n - количество меридиональных арочных ребер.

5. Каркас купола по п. 4, отличающийся тем, что на внешних боковых поверхностях верхнего и нижнего колец верхнего опорного элемента установлены фасонные изделия с плоскими боковыми гранями, которые равномерно распределены по контуру верхнего опорного элемента и расположены относительно друг друга на верхнем и нижнем кольцах верхнего опорного элемента в виде пар с общей вертикальной осью симметрии, при этом количество пар фасонных изделий совпадает с количеством меридиональных арочных рёбер, причём для крепления меридиональных арочных рёбер к верхнему опорному элементу в боковых гранях фасонных изделий и консольных выпусков поясов меридиональных арочных рёбер предусмотрены сквозные отверстия.