СОСТАВНОЙ БЛОК СБОРНОГО СТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ
COMPOSITE BLOCK OF ASSEMBLY STRUCTURAL COATING

Изобретение относится к строительству полносборных покрытий и зданий и касается сборных сферических оболочек, пригодных, в частности, для покрытий зданий различного назначения, а также сооружений в виде навесов, дебаркадеров и т.п.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является составной блок структурного покрытия, установленный на опорах, выполненный в виде шестиугольной двухпоясной решетчатой оболочки, которая имеет строительный подъем, содержит основные трубчатые стержни с торцевыми элементами, образующие треугольные и шестиугольные ячейки, которые соединены узловыми основными элементами, для объединения блоков имеются стыковочные стержни и узловые элементы, для завершения покрытия имеются контурные стержни и узловые элементы, для опирания элементов покрытия выполнены рядовые и опорные стойки, а также стойки и связи вертикального ограждения (В.В. Горев и др. Металлические конструкции, Том 2, с. 307, рис. 7.3, с. 308, рис. 7.5).
Недостатком известного решения является неопределенность геометрических параметров элементов структурного покрытия, а также сложность и материалоемкость узловых соединений стержней, обусловленная тем, что в каждом узле сходится более трех стержней, каждый из которых имеет свое собственное направление в пространстве, а также обусловленная отсутствием утонения торцов труб в вертикальной плоскости для свободного размещения большого числа элементов в узле.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении определенности геометрии структурного покрытия и, следовательно, его надежности, снижении материалоемкости узловых соединений, упрощении изготовления и монтажа составного блока сборного структурного покрытия за счет снижения числа типоразмеров панелей и элементов, а также уменьшения числа соединяемых монтажных элементов.
Сущность изобретения заключается в том, что составной блок сборного структурного покрытия, установленный на опорах и выполненный в виде шестиугольной двухпоясной решетчатой оболочки, которая имеет строительный подъем, содержит основные трубчатые стержни с торцевыми элементами, образующие треугольные и шестиугольные ячейки, которые соединены узловыми основными элементами, для объединения блоков включает стыковочные стержни и узловые элементы, для завершения покрытия включает контурные стержни и узловые элементы, для опирания элементов покрытия выполнены концевые стержни и узловые элементы, рядовые и опорные стойки, а также стойки и связи вертикального ограждения. Строительный подъем двухпоясной решетчатой оболочки выполнен так, что узлы поясов расположены на поверхностях сфер, описанных разными радиусами из одного центра, при этом контурные стержни и узловые элементы нижнего пояса в виде треугольной сетчатой оболочки существующих разрезок смещены так, что только проекции контурных стержней и узлов образуют правильный шестиугольник с опорами в углах, которые также смещены наружу для восприятия распора, верхний пояс имеет стыковочные горизонтальные стержни, симметричные относительно проекций контурных стержней, стыковочные и контурные узлы поясов развернуты для их соединения с соседними блоками или концевыми стержнями блока.
В составном блоке сборного структурного покрытия узловые элементы поясов могут быть выполнены в виде стального литого шара с цилиндрической нишей в середине и отверстиями с резьбой для крепления трубчатых стержней, а также опорных стоек в узлах нижнего пояса, кроме того, на части цилиндрической ниши шаров верхнего пояса выполнена резьба для установки и регулирования рядовых стоек для опирания прогонов структурного покрытия.
В составном блоке сборного структурного покрытия в качестве торцевых элементов для крепления к узловому элементу в торцах труб стержней по их осям могут быть установлены на сварке фланцы минимально возможного диаметра, а для плотного касания кромок трубы к фланцу и свободного размещения большого числа элементов в узле торцы трубы сплющены в горизонтальной плоскости до диаметра фланца, при этом свободные сплющенные кромки торцов труб подрезаны во избежание острых углов.
В составном блоке сборного структурного покрытия торцы трубчатых стержней для ванной сварки в узле могут быть сплющены с двойным перегибом стенок труб для усиления узла, во избежание острых углов, стержни нижнего пояса уложены в прорези узлового основного элемента в виде штампованной нижней полусферы, также основные трубчатые стержни решетки установлены на нижнюю полусферу и все стержни узла соединены ванной сваркой, затем установлены на узлы нижнего пояса верхние полусферы и проварены по прорезям и стыку с нижними полусферами, затем в нижние полусферы пояса установлены стержни решетки и соединены дуговой электросваркой по соответствующим прорезям, на нижние полусферы верхнего пояса установлены стержни верхнего пояса и все стержни узла соединены ванной сваркой, затем установлена на узлы верхнего пояса верхняя полусфера и проварена по прорезям и стыку с нижней полусферой.
На фиг. 1, 2 изображены виды основного блока сверху и сбоку; на фиг. 3, 4 изображены виды двух составных (состыкованных) блоков на опорах 11 сверху и сбоку.
Структурное покрытии (фиг. 1, 2) выполнено в виде двухпоясной решетчатой оболочки 1, которая имеет строительный подъем и содержит основные трубчатые стержни 2, образующие треугольные и шестиугольные ячейки, которые соединены узловыми основными элементами 3. Для объединения блоков имеются стыковочные горизонтальные стержни 4 и стыковочные узловые элементы 5. Для завершения покрытия имеются контурные стержни 6 и контурные узловые элементы 7. Строительный подъем двухпоясной решетчатой оболочки 1 выполнен так, что узлы 3 нижнего пояса 8 и верхнего пояса 9 расположены на поверхностях сфер, описанных разными радиусами из центра 10. Контурные стержни 6 нижнего пояса 8 смещены от положения существующих разрезок так, что только проекции контурных стержней 6 и контурных узловых элементов 7 образуют правильный шестиугольник с опорами 11 в углах, которые также выполнены смещенными наружу для восприятия распора. Верхний пояс 9 имеет стыковочные горизонтальные стержни 4, симметричные относительно проекций контурных стержней 6 нижнего пояса 8.
Для завершения структурного покрытия (фиг. 3, 4) имеются контурные стержни 6 и контурные узловые элементы 7. Стыковочные узловые элементы 5 и контурные узловые элементы 7 поясов 8 и 9 развернуты для их соединения с соседними блоками или концевыми стержнями 12 и концевыми узловыми элементами 13 составного блока. Концевые стержни 12 и концевые узловые элементы 13, рядовые стойки 14 и опорные стойки 15, а также стойки ограждения 16 и связи вертикального ограждения 17 также служат для опирания прогонов 18 структурного покрытия. На фиг. 3 показан на одной шестой части составного блока фрагмент схемы укладки элементов покрытия - прогонов 18.
На фиг. 5-15 показаны частные решения выполнения составного блока сборного структурного покрытия.
На фиг. 5, 6 изображены виды основных узловых элементов 3 и основных трубчатых стержней 2 нижнего пояса 8 с основными трубчатыми стержнями 2 решетки составного блока, в котором сходятся двенадцать основных трубчатых стержней 2 с торцевыми элементами 19. На фиг. 6 показан вид и местный разрез Б-Б, где к узловому основному элементу 3 в виде стального литого шара с цилиндрической нишей 20 в середине, через отверстия 21 с резьбой, присоединяются основные трубчатые стержни 2 решетки и основные трубчатые стержни 2 нижнего пояса 8. В свою очередь стержни всех типов имеют торцевые элементы 19 с обеих сторон для присоединения к узловым основным элементам 3 в виде стального шара. Они представляют собой фланцы с диаметром меньше диаметра трубы основного трубчатого стержня 2 и имеют отверстия для установки болтов 22 с муфтой и шплинтом, которые вкручиваются в стальной литой шар. Фланец на торце обжимается трубой основного трубчатого стержня 2 и обваривается вместе с кромками трубы. К узловому основному элементу 3 нижнего пояса 8 на опорные стойки 15 монтируются элементы структурного покрытия - прогоны 18.
На фиг. 7, 8 изображены виды соединительного узла основных трубчатых стержней 2 верхнего пояса 9 с основными трубчатыми стержнями 2 решетки составного блока, в котором сходятся шесть основных трубчатых стержней 2. Для опирания элементов структурного покрытия - прогонов 18 на узел верхнего пояса 9 служат также рядовые стойки 14 в виде труб, установленных на резьбе в нишах стальных литых шаров.
На фиг. 9 изображен основной узловой элемент 3 в виде стального шара. Стальной шар изготавливается по 3D-технологии для обеспечения точности направления стержней 2, 4, 6 и их элементов 3, 5, 7. В составном блоке структурного покрытия используется шесть различных типов шаров, которые различаются размещением отверстий 20 с резьбой для разных узлов 3, 5, 7 составного блока. К узловому основному элементу 3 - стальному шару присоединяются основные трубчатые стержни 2.
На фиг. 10 показана 3D-модель узлового основного элемента 3 нижнего пояса 8 и основных трубчатых стержней 2 в сборе. Для опирания элементов структурного покрытия - прогонов 18 служит также опорная стойка 15, которая условно не показана.
На фиг. 11 и 12 показаны вид сверху с местным разрезом и вид сбоку и разрез В-В соединения основных трубчатых стержней 2 (частное решение выполнения блока). Для ванной сварки 23 в узле торцы 24 основных трубчатых стержней 2 сплющены для усиления узла. Во избежание острых углов, стержни нижнего пояса 8 уложены в прорези 25 узлового основного элемента 3 в виде штампованной нижней полусферы 26 и соединены на дуговой электросварке 27. Основные трубчатые стержни 2 решетки установлены также на нижние полусферы 26 и соединены ванной сваркой 23 в узлах нижнего пояса 8, затем установлены верхние полусферы 28 нижнего пояса 8 и соединены по прорезям дуговой электросваркой 27. Также на нижние полусферы 26 нижнего пояса 8 установлены стержни решетки и соединены дуговой электросваркой 27 по соответствующим прорезям 25. Регулировочный болт - подкладка для ванной сварки 23 показан на нижней полусфере 26 узлового основного элемента 3.
На фиг. 13 показана аксонометрия, где основные трубчатые стержни 2 соединены дополнительно дуговой сваркой 27 снаружи по прорезям 25 с нижней 26 и верхней 28 полусферами.
На фиг. 14а, б показаны аксонометрии нижней полусферы 26 и верхней полусферы 28 основного узлового элемента 3 нижнего пояса 8 (условно без стержней), изготовленного по 3D-технологии.
На фиг. 15 показан разрез Г-Г с фиг. 11 по торцу 24 основного трубчатого стержня 2 со сплющенными стенками с двойным перегибом.
На фиг. 16 показана схема монтажа составного блока сборного структурного покрытия.
Монтаж составного блока сборного структурного покрытия производится установкой его в проектное положение с инвентарных передвижных лесов пяти типов 31-35 с грузоподъемными устройствами малой грузоподъемности. Устанавливаются леса 31-35 (фиг. 16) и производится сборка одного сектора, начиная от опор 11 к центру 36, после сборки первого сектора леса смещаются по часовой или против часовой стрелки вокруг центрального элемента, леса 31 у центра 36 не переставляются для всех шести секторов, стальные переставляются по мере сборки и обеспечения жесткости структуры. Стыковочные, контурные элементы 4-7 устанавливаются сразу, либо по завершении сборки основных и контурных элементов и узлов. Затем собираются прогоны 18, рядовые стойки 14 и опорные стойки 15, также устанавливаются в той же последовательности, но по завершении сборки основных несущих элементов и узлов. При выполнении решения сварного структурного покрытия собирают его из укрупненных элементов нижнего пояса 8, затем завершают сборку структуры из укрупненных элементов решетки и элементов верхнего пояса 9. Делают сборку со сваркой также со смещением и поворотом лесов вокруг центра 36, но за два раза. Нижние обоймы из цилиндрических (вместо полусфер) узловых элементов могут служить сборочными кондукторами стержней и обоймами для ванной сварки 23 сплющенных торцов основных трубчатых стержней 2. Прорези 25 в обоймах выполняются по месту или в 3D-технологи.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет упростить изготовление и монтаж составного блока сборного структурного покрытия за счет геометрической определенности положения стержней, то есть за счет определенности формы правильного шестиугольного составного блока. Предлагаемое решение позволяет производить укрупнительную сборку элементов структурного покрытия, обеспечивает переход к другим таким же блокам без дополнительных элементов в нижнем поясе.