СБОРНЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ КУПОЛ
PREFABRICATED SPHERICAL DOME

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений из сборных составных оболочек, пригодных, в частности, для полносборных покрытий зданий различного назначения, а также ограждающих и несущих конструкций сооружений в виде навесов, дебаркадеров и т.п.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является сборный сферический купол, состоящий в целом из 320 треугольных граней, выполненных на основе правильного икосаэдра, включающего пространственные элементы по одной шестиугольной пирамиде-панели по серединам ребер, по одной правильной пятиугольной пирамиде-панели по вершинам граней икосаэдра и с панелями в виде треугольников между ними, в центрах граней икосаэдра панель выполнена в виде равностороннего треугольника; стержни, образующие каркас панелей и ребра многогранника, соединены в узлах с помощью узловых элементов (SU 1548376, МПК Е04В 5/08, опубл. 07.03.90).
Недостатком известного решения является большое число типоразмеров стержней и узлов соединения, а также разнотипность и сложность выполнения опорных узлов купола, обусловленные тем, что опорные узлы находятся на разных уровнях.
Технический результат заключается в обеспечении определенности воспроизведения геометрии каркаса покрытия или ограждения, следовательно, его надежности, а также в упрощении изготовления опорных узлов купола, за счет уменьшения числа соединяемых опорных монтажных элементов, снижения материалоемкости опорных узловых соединений и обеспечения, за счет оптимизации геометрии разрезки сферы расположения опор на одном уровне выше или ниже экватора сферы, значительного снижения числа типоразмеров узловых элементов.
Сущность изобретения заключается в том, что в сборном сферическом куполе, состоящем из 320-ти треугольных граней, выполненных на основе правильного икосаэдра, включающем пространственные элементы по одной шестиугольной пирамиде-панели по серединам ребер, по одной правильной пятиугольной пирамиде-панели по вершинам граней икосаэдра и с панелями в виде треугольников между ними, в центрах граней икосаэдра панель выполнена в виде равностороннего треугольника, стержни, образующие ребра 320-тигранника, соединены в узлах с помощью узловых элементов. Для уменьшения числа типоразмеров опорных узлов и устройства их на одном уровне ниже или выше экватора, 320-тигранник получают путем разбиения на элементы в виде равнобедренных треугольников с вершинами в центрах шестиугольных и правильных пятиугольных пирамид-панелей, представляющих в основании плоские фигуры, между пятиугольными и шестиугольными пирамидами-панелями расположены равнобедренные треугольные панели, а в центрах граней икосаэдра между шестиугольными пирамидами-панелями расположены панели в виде равносторонних треугольников со сторонами, равными сторонам основания панелей в виде правильных пятиугольных пирамид.
Стержни каркаса панелей, которые соединены в узлах с помощью цилиндрических обойм с пазами, выполненными заранее или по месту для сборки панелей в виде пирамид, торцы стержней каркаса попарно соединены с внутренней частью обоймы сваркой, причем часть стержней в монтажных узлах могут быть закреплены сначала прихватками без обойм, а окончательной сваркой соединены в разбежку в построечных условиях с обоймами.
На фиг. 1 показана сфера в целом из 320-ти треугольных граней; фиг. 2 - сборный сферический купол с опорами на одном уровне ниже экватора; фиг. 3 - сборный сферический купол, включающий стержни; фиг. 4 - схемы монтажа купольного покрытия.
2
2
1
Сборный сферический купол (фиг. 1), состоящий в целом из 320-ти треугольных граней, выполненных на основе правильного сферического икосаэдра, включает по одной шестиугольной пирамиде-панели 1, с вершиной по серединам O ребер 2, и по одной правильной пятиугольной пирамиде-панели 3 по вершинам О граней 4 икосаэдра с панелями в виде равнобедренных треугольников 5 между ними. Стержни 6 каркаса пирамид-панелей 1 и 3, образующие ребра 320-тигранника, соединены в узлах 7 с помощью узловых элементов. Для уменьшения числа типоразмеров опорных узлов 8 (фиг. 1, 2) и устройства их на одном уровне 9 ниже или выше экватора 10, 320-тигранник получается путем разбиения на элементы в виде равнобедренных треугольников 11 с вершинами в центрах 2 и 4 шестиугольных 1 и правильных пятиугольных 3 пирамид-панелей, которые к тому же представляют в основании плоские фигуры, а в центрах граней O икосаэдра между шестиугольными пирамидами-панелями 1 расположены панели 12 в виде равносторонних треугольников со сторонами 13, равными сторонам 13 основания панелей в виде правильных пятиугольных пирамид-панелей 4.
2
2
2
2
2
1
2
1
2
Условие расположения опорных узлов 8 купола на одном уровне (фиг. 1), т.е. на одной горизонтальной плоскости, обеспечивается, если в равных и симметричных секторах, относительно меридиана, проходящего через середину O ребра икосаэдра, дуги ОА и ОВ, АА и BB будут равными. Решение найдено из системы уравнений сферической тригонометрии. Разрезка купола имеет четыре типоразмера стержней, три типоразмера монтажных элементов, два, но симметричных типоразмера опорного узла 8.
В сборном сферическом куполе, включающем стержни 6, соединенные в узле 7 (фиг. 3) с помощью цилиндрических обойм 14 с пазами 15, выполнены заранее или по месту для сборки в виде плоских по основанию пятиугольных 1 и шестиугольных 3 пирамид-панелей, стержни 6 попарно соединены с обоймой сваркой 16, затем к опорным пирамидам-панелям 1 и 3 присоединены опорные пластины 17. Причем часть узлов 7 или 8 со стержнями 6 без обойм у монтажных панелей сваривают прихваткой 18, а сваркой соединяют в построечных условиях готовые монтажные панели и стержни. Сверху обоймы закрывают крышками 19, которые могут служить для крепления покрытия купола. Соединение выполнено с подкладкой 20 в обойме, либо обойма сама служит подкладкой.
Сопоставление характеристик, которые имеют предлагаемый купол и прототип, показывает, что число типоразмеров стержней купола остается неизменным. Однако число монтажных элементов по сравнению с прототипом уменьшается в полтора раза и становится равным трем, число типоразмеров узлов 7 уменьшается тоже в полтора раза, а опорных узлов 8 в два раза.
На фиг. 4 показана схема монтажа купольного покрытия с монтажных опор 21. Монтаж купольного покрытия может быть выполнен способом подъема с поворотом собранной части купола. При монтаже способом «подъема с поворотом конструкции в целом» (SU 1174546, МПК Е04Р 3/16, опубл. 23.08.1985) не используют подъемные средства для пролетов до 12 м. При больших пролетах можно использовать реечные домкраты, которые либо имеют эксцентриситет опирания, либо устанавливают наклонно. При пролетах предлагаемого купола монтажные горизонтальные перемещения при прямых неподвижных и качающихся опорах 22 могут превысить 10 мм. Поэтому предусматривают наклон опор до 15°, с учетом сил трения. Далее собирают следующие ряды панелей 1 и 3 и 12, собранную часть поднимают с поворотом вокруг монтажных опор 21 в положение «а» и затем «б». На завершении монтируют ненесущие треугольные панели 12 у опор и заменяют монтажные опоры 21 на рабочие опорные узлы 8, из положения «в» купол устанавливают в проектное положение.
Предлагаемое решение позволяет производить укрупнительную сборку элементов купола, так как основания пирамид-панелей представляют собой плоскости. Небольшие неточности в изготовлении элементов (до 3 мм) нивелируются предложенным устройством узлов. Жесткие узлы увеличивают несущую способность куполов и уменьшают деформативность при опорах ниже экватора. Подобные решения возможно применить для других разрезок геодезических куполов. Например, для 128-ми гранника на основе октаэдра можно расположить на его грани 15 равнобедренных и один равносторонний треугольник предложенным способом и конструкцией, обеспечив один уровень опор на двух плоскостях купола.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет упростить изготовление и монтаж купола за счет обеспечения определенности геометрии каркаса покрытия или ограждения, следовательно, его надежности, жесткости работы монтажных соединений, упростить изготовление опорных узлов купола, за счет уменьшения числа соединяемых монтажных элементов, снижения материалоемкости и энергоемкости узловых соединений, и обеспечения, за счет оптимизации геометрии разрезки сферы расположения опор на одном уровне выше или ниже экватора сферы, значительного снижения числа типоразмеров узловых элементов.