СТРУКТУРНАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ
STRUCTURAL SPATIAL WORK

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении покрытий над зданиями различного назначения.
Известно арочно-вантовое покрытие, включающее наружный и внутренний опорные контуры, промежуточные арки, ванты и диагональные элементы, последние из которых выполнены в виде арок, одним концом опертых на установленные в углах здания колонны, а другим концом на внутренний опорный контур, и подкреплены сжатыми стойками и растянутыми наклонными вантами, которые выполнены без начального предварительного напряжения из парных стальных полос (патент №2347043 C1, дата приоритета 16.08.2007, дата публикации 20.02.2009, авторы Еремеев П.Г. и др., RU).
Недостатком арочно-вантового покрытия является высокая трудоемкость строительно-монтажных работ, обусловленная их многодельностью и использованием временной центральной опоры, а также недостаточная пространственная жесткость конструкции в связи с саморегулированием напряженно-деформированного состояния элементов конструкции без участия ограждающего покрытия.
В качестве прототипа принят пространственный блок покрытия, включающий верхний пояс выпуклой формы и нижний в виде жесткой затяжки с шарниром посередине, соединенные системой вертикальных, продольных и поперечных связей, нижний пояс выполнен из деревянных балок, на которые оперты попарно объединенные верхней и нижней поперечинами и промежуточными дощатыми связями вертикальные деревянные стойки, подпирающие через верхние поперечины верхний пояс, выполненный в виде свода из стального профилированного листа с продольным расположением гофр, закрепленного на верхних поперечинах (патент № 2282699 C1, дата приоритета 27.12.2004, дата публикации 27.08.2006, авторы Дмитриев П.А и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются высокая материалоемкость поперечных связей, недостаточная жесткость в связи с наличием шарнирного соединения в нижнем поясе и ограниченным выполнением элементов жесткости между поясами, а также нерациональное использование для малых и средних пролетов.
Задачей изобретения является увеличение жесткости пространственной конструкции, снижение ее материалоемкости, расширение ассортимента используемых материалов, а также расширение области применения по размерам пролетов.
Для решения поставленной задачи в структурной пространственной конструкции, включающей гибкий свод-оболочку с затяжками, воспринимающими усилия распора, и систему элементов жесткости между ними, согласно изобретению, свод-оболочка очерчен в поперечном сечении по дуге окружности, под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками продольные решетчатые фермы, опертые по концам на несущие конструкции, при этом верхние и нижние узлы соседних продольных ферм дополнительно соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами с образованием подкрепляющей структуры с перекрестными фермами.
Согласно изобретению, свод-оболочка выполнен из листов профнастила с поперечным расположением гофр.
Согласно изобретению, свод-оболочка выполнен в виде криволинейной клеефанерной плиты с гнутоклееными ребрами.
Согласно изобретению, свод-оболочка выполнен в виде гнутоклееной плиты из брусков.
Согласно изобретению, свод-оболочка выполнен в виде армоцементной ребристой криволинейной плиты.
Согласно изобретению, свод-оболочка выполнен в виде полимербетонной ребристой криволинейной плиты.
Согласно изобретению, подкрепляющая структура с перекрестными фермами может быть выполнена цельностальной из труб.
Согласно изобретению, подкрепляющая структура с перекрестными фермами может быть выполнена деревометаллической, при этом верхние пояса продольных решетчатых ферм выполнены из калиброванного круглого леса, а остальные элементы выполнены из труб.
Согласно изобретению, продольные решетчатые фермы могут быть оперты по концам на дополнительно установленные в торцах несущие арки соответствующего своду-оболочке очертания.
На фиг.1 схематично показана структурная пространственная конструкция, вид сверху; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - продольный разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 изображена структурная пространственная конструкция с дополнительно установленными в торцах несущими арочными фермами, вид спереди; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.5.
Структурная пространственная конструкция содержит гибкий свод-оболочку 1 с очертанием в поперечном сечении по дуге окружности, близкой к кривой давления, продольные бортовые элементы 2 с затяжками 3 свода-оболочки, воспринимающими усилия распора. Под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками 3 продольные решетчатые фермы 4, опертые по концам на несущие конструкции (стены, фермы). Верхние и нижние узлы соседних продольных ферм соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами 5 с образованием подкрепляющей структуры с поперечными и продольными перекрестными фермами, обеспечивающими оптимальную работу пространственной конструкции при статических и динамических нагрузках. Так при действии равномерно распределенной нагрузки усилия в своде-оболочке, очерченном по дуге окружности, близкой к кривой давления, и в элементах поперечных ферм выравниваются, а на продольные решетчатые фермы, обеспечивающие устойчивость свода-оболочки, передается лишь небольшая часть нагрузки, вследствие чего фермы под сводом-оболочкой практически освобождаются от нагрузки. При одностороннем нагружении свода-оболочки продольные и поперечные фермы также оказываются слабо напряженными, так как продольные решетчатые фермы, обеспечивающие устойчивость и работоспособность конструкции, получают лишь соответствующую долю нагрузки.
В связи с этим перекрестные фермы можно выполнять как легкие маломатериалоемкие подкрепляющие конструкции, которые могут быть выполнены как цельностальные из труб, так и деревометаллические с верхними поясами 6 из калиброванного круглого леса.
При необходимости иметь в здании открытые торцы, а также при выполнении большепролетного покрытия структурную пространственную конструкцию дополняют в торцах несущими плоскими конструкциями для опирания продольных решетчатых ферм 4, например арками 7 (арочными фермами) соответствующего своду-оболочке кругового очертания.
Свод-оболочка 1, очерченный по дуге окружности и выполняющий ограждающую и несущую функции в структурной пространственной конструкции, представляет собой тонкостенное оребренное покрытие с поперечной ориентацией ребер, для выполнения которого может быть использован широкий спектр строительных материалов с присущими им прочностными, огнестойкими и другими потребительскими свойствами. Так, например, свод-оболочка может быть выполнен из выгибаемых листов профнастила с поперечным расположением гофр, в виде криволинейной клеефанерной плиты с гнутоклееными ребрами, в виде гнутоклееной плиты из брусков, в виде армоцементной ребристой криволинейной плиты или в виде полимербетонной ребристой криволинейной плиты (условно не показано).
Преимущество заявляемой структурной пространственной конструкции по сравнению с прототипом и традиционными стержневыми структурами заключается в увеличении жесткости пространственной конструкции за счет совместной работы свода-оболочки и подкрепляющей структуры с перекрестными фермами, в снижении материалоемкости конструкции в связи с рациональным распределением нагрузки, в расширении ассортимента используемых материалов с широким спектром потребительских свойств, а также в возможности применения для малых, средних и больших пролетов без использования прогонов.