Сборная сферическая оболочка с шестиугольными панелями Российский патент 2024 года по МПК E04B1/32 

Конструкция относится к области строительства и может быть использована в качестве сборной сферической оболочки покрытий зданий различного назначения, а также для устройства сферических отражателей в зеркальных антеннах и концентраторах энергии, при топосъемке, в планировании биозащиты, борьбы с вредителями и в планировании военных целей.

Известна сборная сферическая оболочка из шестиугольных каркасных пирамидальных панелей, составленных из равнобедренных треугольников, одинаковым образом расположенных в пределах секторов, имеющих угол, равный 60° и общую вершину в центре панели, выполненной в виде правильной шестиугольной (пятиугольной и т.п., в зависимости от кратности) пирамиды, каждая следующая пирамида, может иметь неплоское основание, которое не может быть описано окружностью, расположенной на сфере, и состоит из шести состыкованных по ребрам треугольников, панели могут быть выполнены с неполным каркасом, каждый узел основания пирамиды имеет узловые элементы, которые позволяют соединения под соответствующими углами (Металлические конструкции/ Под ред. Н.П. Мельникова – 2-е изд. перераб. и доп. – М: Стройиздат, 1980. – С. 332-333, рис. 19.18).

Недостатком известного решения является сложность и материалоемкость узловых соединений разнотипных панелей, обусловленная тем, что в каждом узле сходится разнотипные элементы, каждый из которых имеет свое собственное направление в пространстве и свои размеры, осложняющие их применение для вспарушенных оболочек.

Технический результат заключается в упрощении изготовления и монтажа сборной сферической оболочки и повышении надежности работы конструкции за счет применения каркасных пирамидальных панелей с плоским основанием, снижения числа типоразмеров пирамидальных элементов и узлов, а также уменьшении числа соединяемых монтажных элементов, за счет обеспечения возможности укрупнительной сборки элементов сборной сферической оболочки.

Сущность изобретения заключается в том, что сборная сферическая оболочка включает шестиугольные каркасные пирамидальные панели, составленные из равнобедренных треугольников, одинаковым образом расположенных в пределах секторов, имеющих угол, равный 60° и общую вершину в центре правильной шестиугольной пирамидальной панели. Каждая следующая пирамидальная панель, имеет основание, состоящее из шести треугольников, образованными неравными кольцевыми и равными меридиональными ребрами, пирамидальные панели выполнены с неполным каркасом. Все узлы основания пирамидальных панелей в пределах одного сектора описаны окружностью одного радиуса, равного меридиональному ребру, проведенного из центрального узла пирамидальных панелей, причем основание пирамидальных панелей выполнено плоским, а треугольники основания состыкованы по равным меридиональным ребрам, каждые три плоских основания смежных пирамидальных панелей соединены между собой узлами, снабженными узловыми элементами, в трех точках пересечения соответствующих окружностей. Ребра основания пирамидальных панелей снабжены связями и выполнены из труб с торцевыми фланцами, имеющими резьбовое отверстие для присоединения к ним узловых элементов, выполненных в виде фланцев с парными проушинами, переломы в однотипных узлах пирамидальных панелей образованы присоединением к центральному узловому элементу, выполненному в виде куба со срезанными вершинами, в котором на противолежащих гранях или срезанных вершинах выполнены соосные резьбовые отверстия для присоединения с помощью болтов парных проушин. Также на фланцах узловых элементов выполнены фрезерованные по окружности отверстия для присоединения их с помощью болтов торцевых фланцев труб основания пирамидальных панелей, причем торцевые фланцы установлены под постоянным углом к ребрам основания, что обеспечивает однотипность узлов и вместе с узловыми элементами обеспечивает возможность изменения углов между пирамидальными панелями в местах соединений во всех плоскостях.

На фиг. 1 изображен общий вид сборной сферической оболочки с шестью секторами в плане, составляющими 60°; на фиг. 2 – вид сбоку сектора сборной сферической оболочки, составляющего 60°, на фиг. 3 – показана сборная сферическая оболочка из панелей с неполным каркасом из труб со связями; на фиг. 4 изображен неполный каркас шестиугольной панели с торцевыми фланцами; на фиг. 5 – вид на узел из фланцев и центрального узлового элемента; на фиг. 6 показан вид с разрезом узла с фланцевыми соединениями каркаса шестиугольных панелей; на фиг. 7 изображен вид сверху фланцевого элемента с проушинами и центральным узловым элементом; на фиг. 8 изображен вид сбоку фланцевого элемента с проушинами и центральным узловым элементом.

Сборная сферическая оболочка 1 с шестиугольными каркасными панелями 2 (фиг. 1, 2, 3) содержит каркасные пирамидальные панели 2, составленные из равнобедренных треугольников 3, одинаковым образом расположенных в пределах секторов 4, имеющих угол 5, равный 60° и общую вершину 6, в центре 7 панели 8, выполненной в виде правильной шестиугольной пирамидальной панели, каждая следующая пирамидальная панель 9, имеет основание 10, которое не может быть описано окружностью 11, расположенной на сфере 12, и состоит из шести состыкованных по неравным кольцевым 13 и равным меридиональным 14 ребрам треугольников 3, пирамидальные панели 9 выполнены с неполным каркасом 15, каждый узел 16 основания 17 пирамидальные панели 9 имеет узловые элементы 18, которые позволяют соединения под соответствующими углами. В пределах секторов 4, все узлы 16 основания 17 шестиугольных каркасных пирамидальных панелей 9 описаны окружностями 11 одного радиуса (равного боковому меридиональному ребру 14 равнобедренного треугольника 3) проведенного из существующих –узлов-центров 19 пирамидальных панелей 9, то есть пирамидальные панели 9 имеют плоское основание 17 и состоят из шести состыкованных только по равным меридиональным ребрам 14 равнобедренных треугольников 3; внутри секторов 4 каждые три плоские основания 17 смежных шестиугольных пирамидальных панелей 9 соединены между собой узлами 16 в четырех точках пересечения соответствующих окружностей 12.

Сборная сферическая оболочка (фиг. 4, 5, 6, 7, 8) может быть выполнена из панелей 8 и пирамидальных панелей 9 с неполным каркасом 15 со связями 20, трубы кольцевых ребер 13 и меридианных ребер 14 обрезаны и жестко соединены с устройством торцевых фланцев 21, имеющих резьбовые отверстия 22 для последующего присоединения фланцев 23 с парными проушинами 24, переломы в однотипных узлах 16 обеспечиваются присоединением к центральному узловому элементу 25, в виде куба со срезанными вершинами 26, на противолежащих гранях 27 куба и на 24, на фланцах 23 имеются фрезерованные по окружности резьбовые отверстия 30 для крепления с помощью болтов 31 и указанных резьбовых отверстий 30 к торцевым фланцам 21 каркаса 15 пирамидальной панели 9, торцевые фланцы 21 установлены под постоянным углом 30° к элементам боковых ребер 14, что обеспечивает однотипность узлов 16 и вместе с узловыми элементами 18 позволяет изменения углов между пирамидальными панелями покрытия в местах монтажных стыков во всех плоскостях покрытия.

Изготовление сборной сферической оболочки (фиг.1, 4, 5) может быть осуществлено в виде завершенных к отделке панелей 8 и пирамидальных панелей 9, которые вначале подвергаются укрупнительной сборке, которая показана на фиг. 4. Неполный каркас 15 панели сборной сферической оболочки 1(фиг. 4,) может быть выполнен из прямоугольных труб-ребер, узел 16 с устройством торцевых фланцев 21, имеющих отверстия 22 с резьбой для последующего присоединения фланцев 23 с парными проушинами 24, переломы в однотипных узлах обеспечиваются присоединением к центральному узловому элементу 25, в виде куба со срезанными вершинами 26, в котором на противолежащих гранях 27 (или вершинах 26, если требуется большая асимметрия присоединения элементов) выполнены соосные резьбовые отверстия 28 для присоединения с помощью болтов 29 парных проушин 24, также на фланцах 23 имеются фрезерованные по окружности резьбовые отверстия 30 с для крепления с помощью болтов 31 и указанных резьбовых отверстий 30 к торцевым фланцам 22 каркаса 18 пирамидальной панели 9, торцевые фланцы 21 установлены под постоянным углом к элементам боковых ребер 14, что обеспечивает однотипность узлов и вместе с узловыми элементами позволяет изменения углов между пирамидальными панелями покрытия в местах монтажных стыков во всех плоскостях панелей покрытия.

Сборная сферическая оболочка (фиг. 1, 4, 5) собирается с первой панели 8, выполненной в виде правильной шестиугольной (пятиугольной и т.п., в зависимости от кратности), выставленной в проектное положение на лесах; затем монтируются следующие пирамидальные панели 9 с помощью фланцевых узлов 16. При соединении двух панелей 8 и пирамидальных панелей 9 сразу выставляется положение третьего фланца 23, так как оно известно из того, что треугольники 3 смежных панелей образуют правильные ромбы. Учитывая, что торцевые фланцы 21 установлены под постоянным углом к элементам боковых ребер, то изменение положения фланцев позволяет установить заданный угол между последующими панелями покрытия в местах монтажных стыков.

Предлагаемое решение пирамидальных панелей с плоскими основаниями, все они вписаны в окружности одного радиуса, заполнение панелями с этими плоскими основаниями может быть даже ниже экватора сферы; вместе с решением узлов с эффективным переломом только за счет торцевых фланцев, выполненным в виде двухболтового соединения на центральном узловом элементе простейшей формы, дает повышение надёжности работы узла на 40% и другие выдающиеся положительные качества предлагаемым конструкциям покрытия. Кроме этого к центральному узловому элементу с резьбовыми отверстиями по граням и вершинам возможно возможно присоединение дополнительных и надстроечных конструкций.

Монтаж сборной строительной сферической оболочки покрытия зданий из четырехугольных 8 и 9 или плоских круговых панелей 20 (фиг. 4) производится их укрупненной сборкой в панели с неполными узлами, но временным раскреплением панелей фасонками и болтами с узлами 9 с узловыми элементами 10 и установкой их в проектное положение и завершением крепления узловыми элементами. После этого устанавливаются светопрозрачные треугольные панели 2 или для вариантов с плоскими круговыми панелями светопрозрачные остаточные панели 2. Демонтаж оболочек для всех вариантов происходит в обратном порядке.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет упростить изготовление и монтаж сборной сферической оболочки за счет снижения числа типоразмеров, узлов и их элементов (число типоразмеров элементов каркаса меньше на 30 %), а также уменьшить число соединяемых монтажных элементов, а также производить укрупнительную сборку элементов сборной сферической оболочки, повысить надежность работы, за счет применения двухболтовых соединений в узлах конструкции.

Изобретение относится к области строительства, а именно к сборной сферической оболочке покрытий. Технический результат изобретения – повышение эксплуатационной надежности. Сборная сферическая оболочка включает шестиугольные каркасные пирамидальные панели, составленные из равнобедренных треугольников, одинаковым образом расположенных в пределах секторов, имеющих угол, равный 60°, и общую вершину в центре правильной шестиугольной пирамидальной панели. Каждая следующая пирамидальная панель, имеет основание, состоящее из шести треугольников, образованных неравными кольцевыми и равными меридиональными ребрами. Пирамидальные панели выполнены с неполным каркасом. Все узлы основания пирамидальных панелей в пределах одного сектора описаны окружностью одного радиуса, равного меридиональному ребру. Основание пирамидальных панелей выполнено плоским, а треугольники основания состыкованы по равным меридиональным ребрам. Каждые три плоских основания смежных пирамидальных панелей соединены между собой узлами, снабженными узловыми элементами. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Сборная сферическая оболочка, включающая шестиугольные каркасные пирамидальные панели, составленные из равнобедренных треугольников, одинаковым образом расположенных в пределах секторов, имеющих угол, равный 60°, и общую вершину в центре правильной шестиугольной пирамидальной панели, каждая следующая пирамидальная панель имеет основание, состоящее из шести треугольников, образованных неравными кольцевыми и равными меридиональными ребрами, пирамидальные панели выполнены с неполным каркасом, отличающаяся тем, что все узлы основания пирамидальных панелей в пределах одного сектора описаны окружностью одного радиуса, равного меридиональному ребру, проведенному из центрального узла пирамидальных панелей, причем основание пирамидальных панелей выполнено плоским, а треугольники основания состыкованы по равным меридиональным ребрам, каждые три плоских основания смежных пирамидальных панелей соединены между собой узлами, снабженными узловыми элементами в трех точках пересечения соответствующих окружностей.

2. Сборная сферическая оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что ребра основания пирамидальных панелей снабжены связями и выполнены из труб с торцевыми фланцами, имеющими резьбовое отверстие для присоединения к ним узловых элементов, выполненных в виде фланцев с парными проушинами, переломы в однотипных узлах пирамидальных панелей образованы присоединением к центральному узловому элементу, выполненному в виде куба со срезанными вершинами, в котором на противолежащих гранях или срезанных вершинах выполнены соосные резьбовые отверстия для присоединения с помощью болтов парных проушин, также на фланцах узловых элементов выполнены фрезерованные по окружности отверстия для присоединения их с помощью болтов торцевых фланцев труб основания пирамидальных панелей, причем торцевые фланцы установлены под постоянным углом к ребрам основания, что обеспечивает однотипность узлов и вместе с узловыми элементами обеспечивает возможность изменения углов между пирамидальными панелями в местах соединений во всех плоскостях.