Многопролетное покрытие здания Советский патент 1992 года по МПК E04B1/00 E04B7/00 

(Л

С

Использование: при строительстве производственных и гражданских зданий. В многопролетном покрытии здания, включающем установленные рядами складки произвольного профиля, опирающиеся своими торцами на подстропильные конструкции, складки одного ряда, опирающиеся на подстропильную конструкцию с одной ее стороны, смещены на половину длины волны относительно складок смежного ряда, опирающихся на подстропильную конструкцию с другой ее стороны, при этом точки максимума или минимума складок первого ряда расположены соответственно точкам минимума смежных с ними складок второго ряда. 4 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к строительным конструкциям большепролетных зданий различного назначения, и может быть преимущественно использовано при сооружении зданий в бесснежных климатических районах, характеризуемых фактором значительных ветровых воздействий.

Территории, расположенные в зоне тропического пояса земного шара, в особенности в непосредственной близости от океанского побережья, подвержены частому воздействию разрушительных ураганных ветров. В этих районах в качестве основного фактора нагрузки выступает ветровое давление, которое почти на всей поверхности кровли принимает отрицательное значение, реализуясь в виде сильного разрежения воздуха (отсоса).

Таким образом, в отличие от континентальных районов, где в качестве решающей компоненты выступает нагрузка, направленная вертикально вниз (от действия снега и собственного веса конструкций), в тропических районах решающим фактором является результирующая постоянной и экстремальной ветровой нагрузок, также направленная по вертикали, однако не вниз, а вверх.

Отсюда следует необходимость применения особых конструктивных мер, которые снижали бы ветровую нагрузку. Прежде всего сказанное относится к традиционным конструкциям покрытия зданий, рамного типа. Уменьшение строительной высоты покрытия, ликвидация фонарей вентиляции и освещения существенно снижает интенсивность ветрового давления, которое нарастает с увеличением высоты.

Следует также обратить внимание на еще одну особенность работы традиционных конструкций покрытий большепролетных зданий. Наиболее рациональными из них являются металлические конструкции,

ы

со

м го

о

i

однако они требуют развитой системы связей в уровне сжатых поясов несущих систем. Функции связей в странах с континентальным климатом выполняют прогоны или панели покрытия, которые располагаются в уровне верхних сжатых поясов стропильных ферм. В уровне нижних

растянутых поясов система связей может

. , ( - д-к;в; : v« t

быть значительно более разреженной.

Однакб и условиях рогГичёскрго климата пр й бп рТменТ Где ствйи ветровой нагрузки и нагрузки, например, от подвесных кранов верхние и нижние пояса систем могут работать как на растяжение, так и на сжатие, причем на уровне предельных усилий. Поэтому практически требуется устройство развитых связей в уровне обоих поясов. Или же требуется принципиально иное конструктивное решение всей системы покрытия.

Известна конструкция покрытия здания электролитейного цеха на алюминиевом заводе фирмы Alcan в г. Нюрнберг (ФРГ), сооруженное по проекту, разработанному фирмой Planting Fahr und Partner. 8 конструкции покрытия предусмотрены двускат- ные фонари, выполненные в виде треугольных решетчатых складок (ферм), к которым подвешены плоские панели покрытия. В конструкции использован принцип совмещения несущих, ограждающих и свя- зевых функций во всех элементах шатра, т.е. практически исключены специальные системы связей.

Известно также конструктивное решение шатра 1, отличающееся тем, что в качестве горизонтального элемента покрытия использована металлическая мембрана с предварительно напряженными бортовыми элементами, прикрепляемыми к нижним поясам треугольной формы.

В качестве прототипа выбрана конструкция покрытия, состоящая из решетчатых металлических складок треугольного или полигонального очертания, опирающихся на подстропильные конструкции, в пределах их строительной высоты, так, что торцевые стержни складок формируют решетку подстропильных ферм. Естественный водоотвод обеспечивается за счет наклона граней складок 2.

Достоинством этого типа покрытий является то, что решетчатые складки обладают большей жесткостью, чем плоские фермы, поэтому их высота может быть уменьшена до 1/10-1/15 их пролета. Располагаясь в пределах высоты подстропильных конструкций, они не увеличивают высоты всего шатра и тем самым снижают интенсивность ветрового давления на кровлю по

сравнению со зданием рамного типа со скатной кровлей. Кроме того, такая конструкция подходит также для перекрытия не только прямоугольных, но и круглых трапециевидных и других сложных планов. При этом решетчатые складки могут иметь переменное по высоте сечение и переменную ширину волны.

Недостатком этой системы покрытия

является то, что она не обеспечивает необходимой естественной освещенности и вентиляции внутренних помещений здания. Вместе с тем, использование светопрозрач- ных панелей и зенитных фонарей в условиях

жаркого климата нецелесообразно, так как не допускается прямая инсоляция мест нахождения человека. Кроме этого, устройство зенитных фонарей или других светопроницаемых элементов связано с необходимостью обеспечения их водонепроницаемости, что не только дополнительно удорожает конструкцию кровли, но, к тому же, не всегда ведет к желаемому результату.

Следует также отметить, что данное металлическое складчатое покрытие не является полностью бессвязевым- при большой длине треугольных складок они нуждаются в системе связей по нижним поясам для

восприятия горизонтальных ветровых и технологических воздействий, особенно при наличии подвесных кранов.

Целью настоящего предполагаемого изобретения является снижение массы и

стоимости строительных конструкций покрытия производственно или гражданского здания, а также обеспечение благоприятного микроклимата внутренних помещений за счет обеспечения необходимых естественных освещенности и вентиляции.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в многопролетном покрытии здания, включающем установленные рядами складки произвольного покрытия здания, включающем установленные рядами складки произвольного профиля, опирающиеся своими торцами на подстропильные конструкции/складки одного ряда, опирающиеся на подстропильную конструкцию с

одной ее стороны, смещены на половину длины волны относительно складок смежного ряда, опирающихся на подстропильную конструкцию с другой ее стороны, при этом точки максимума или минимума складок

первого ряла расположены соответственно точкам минимума или максимума смежных с ними скяадок второго ряда,

На фиг.1 представлена предложенная конструкция шатра здания с треугольными

складками; на фиг.2 - то же, с многоугольными складками; на фиг.З - то же, с трапециевидными складками; на фиг.4 - то же, с прямоугольными складками.

Складки покрытия 1 своими торцевыми элементами 2 опираются на подстропиль- ные конструкции 3 в шахматном порядке так, что ряд складок, опирающийся на подстропильную конструкцию с одной ее сторо- ны смещен на половину длины волны относительно смежного ряда складок, опи- рающихся с другой стороны на ту же самую подстропильную фермы. В результате с обеих сторон образуются вертикальные проемы 4, которые могут быть закрыты оконными элементами 5. Через эти проемы или окна осуществляется доступ непрямого солнечного света и атмосферного воздуха, причем обеспечивается сквозное прямое проветривание,

Количество открытых или застекленных проемов может быть определено, исходя из требований освещенности или вентилируе- мости внутренних помещений. Их число регулируется длиной одной складки, причем подстропильная конструкций 3, на которую непосредственно опираются складки, в свою очередь может опираться на подстропильные конструкции второго порядка 6, так, что они образуют систему ортогонально расположенных ферм, в которой фермы б исполняют функции главных и фермы 3 - вспомогательных.

Очевидно, что величина пролета всего покрытия L1 или L2 и шаг колонн В должны быть кратны длине отдельной складки.

Таким образом, формируется пространственный шарнирно связанный блок покрытия, построенный по принципу балочной клетки. При необходимости обеспечить не- разрезность складок по длине пролета пе- рекрытия,ониснабжаются

горизонтальными элементами 7, располагаемыми в уровнях поясов складок и воспринимающими усилия от опорных моментов.

П р и м е р. По предложенной на фиг,1 конструктивной схеме был разработан технический проект металлического промзда- ния в соответствии с данными типового проекта, разработанного в республике Куба. Сравнение результатов опытного проек- та с типовым показало, что при подобной конструкции шатра, кроме решения задачи естественного освещения и проветривания внутренних объемов здания, одновременного достигается высокая жесткость блока покрытия в продольном и поперечном направлениях, что практически исключает необходимость постановки каких-либо дополнительных систем связей.

Наличие системы ортогональных подстропильных конструкций создает благоприятные условия для использования подвесного транспорта значительной грузоподъемности, что, по сравнению с использо- ванием мостовых кранов, ведет к уменьшению общей высоты здания, а, значит, и к дополнительному снижению ветрового давления.

Самым существенным фактором уменьшения ветровой нагрузки на шатер здания является высокая воздушная проницаемость кровли (за счет наличия вертикальных проемов). Это решающим образом сказывается на снижении интенсивности экстремального ветрового давления и означает соответствующее уменьшение расчетных усилий в элементах покрытия, а также, как следствие, снижение характеристик их массы и стоимости. Одновременно за счет отсоса воздуха внутренних помещений через проемы в кровле дополнительно улучшается естественная вентиляция здания.

Ограниченная длина складок позволяет легко решить проблемы их доставки на место строительства в состоянии высокой заводской готовности, без особых затруднений произвести укрупнительную сборку монтажного блока и последующую его установку.

Количественное сопоставление технико-экономических показателей типового проекта с проектом, осуществленным по предложенной схеме выявило следующие результаты:

1)общий расход стали, включая и подкрановые конструкции при замене мостовых кранов на подвесные, в новом проекте сократился на 30%;

2)на 40% сократился объем фундаментов;

3)возникла возможность применения передовой технологии для изготовления, транспортировки и монтажа конструкций;

4)на 25% уменьшились проектные сроки строительства;

5)улучшился архитектурный вид здания;

6)улучшился внутренний климат в здании и социальные условия работников производства.

То есть, предложенная конструкция покрытия дает возможность решить целый комплекс проблем, возникающих при проектировании и строительстве зданий в условиях жаркого и, особенно, тропического климата.

Формула изобретений Многопролетное покрытие здания, включающее установленные рядами складки произвольного профиля, опирающиеся своими торцами на подстропильные конструкции, отличающееся тем, что, с целью улучшения естественных освещения и вентиляции, снижения материалоемкости да счет уменьшения ветровой нагрузки на кровлю, складки одного ряда, опирающиеся на подстропильную конструкцию с одной ее

стороны, смещены на половину длины волны складки относительно складок смежного ряда, опирающихся на подстропильную конструкцию с другой ее стороны, при этом точки максимума или минимума складок первого ряда расположены соответственно с точками минимума или максимума смежных с ними складок второго ряда. б

Фиг 2.

vo

to

ч