ПОКРЫТИЕ БЕССКАРКАСНОГО ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к конструкциям бескаркасных зданий из тонколистовых профилированных листов и может быть использована преимущественно при возведении быстровозводимых бескаркасных зданий и сооружений различного назначения, преимущественно с большепролетным покрытием.
Для многих проектов производственных, складских, спортивных, торговых и общественных бескаркасных сооружений важно иметь широкий пролет без системы промежуточных опор для фермы. Это расширит область применения, увеличит инвестиционную привлекательность и существенно повысит конкурентоспособность таких зданий. Поэтому конструирование несущих большепролетных сборно-разборных пространственных систем представляет особый интерес как с точки зрения исследований и проектирования, так и с архитектурно-эстетических, и экономических позиций.
Известно покрытие бескаркасного здания Хонко Билдингз Интернэшнл, ЛТД (СА), содержащее потолок и кровлю, выполненные из скрепленных между собой профилированных волнообразных секций, и размещенный между потолком и кровлей ферменный каркас, состоящий из расположенных вдоль пролета рядов распорок из профилей, установленных в каждом ряду под углом друг к другу и связанных между собой и с деталями потолка и кровли посредством фасонок, соединенных с фасонками соседних рядов поперечными связями. Ферменный каркас здания может иметь одинарную (в виде зигзагообразной линии) или двойную (в виде двух зигзагообразных линий, пересекающихся между собой, вершины которых расположены напротив друг друга) систему распорок (см. патент RU 2463411, Е04В 1/342, 2012).
Недостатком данного решения является повышенная деформативность покрытия, увеличение пролета которого требует принятия дополнительных конструктивных решений за счет введения дополнительных стабилизирующих элементов, например, системы промежуточных опор для фермы. Необходимость устраивать специальную опорную конструкцию для восприятия «распора» от ферменного каркаса увеличивает стоимость покрытия и уменьшает внутренний объем здания. При монтаже не всегда удается обеспечить качество сварного соединения. Наличие сварочных напряжений повышает опасность хрупкого разрушения. Покрытие ограничено в своем использовании прочностными требованиями к конструкции здания. Двойная система распорок пригодна для зданий, имеющих ширину более 27 метров, и может обеспечить пролеты до 70 метров включительно. Компанией HONCO реализован максимальный пролет здания - 68 м.
Известно покрытие бескаркасного здания ЗАО «Эксергия», содержащее кровлю и потолок, выполненные из профилированных металлических тонколистовых основных панелей, сформированных с заданным сечением на основе одного базового панельного элемента, соединенных между собой внахлест на болтах в конструкции покрытия с применением связевых и несущих элементов. Раскосы покрытия крепятся к фасонкам на болтах (см. патент RU 2403357, Е04Н 1/00, Е04Н 1/08, 2010).
Данное решение ограничено в своем использовании требованиями жесткости, прочности и несущей способности к конструкции покрытия.
Известно покрытие бескаркасного здания производства ЗАО "Эксергия", содержащее потолок и кровлю, выполненные из скрепленных между собой вдоль кромок болтами профилированных волнообразных секций, и ферменный каркас, включающий расположенные между потолком и кровлей вдоль пролета рядами раскосы, установленные в каждом ряду под углом друг к другу, связанные болтами посредством фасонок между собой и с деталями потолка и кровли с образованием системы соединительной решетки, и поперечные связи, соединяющие между собой фасонки соседних решеток. Элементами ферменного каркаса покрытия являются: структурные секции потолка и кровли, образующие нижний и верхний пояс соответственно, раскосы из холодногнутых профилей, поперечные связи в виде распорок из холодногнутых профилей и фасонки. Структурная секция - основной конструктивный элемент выполняется из стального волнистого профилированного листа толщиной 0,8-2,0 мм, высотой 128 мм и шириной 1 метр. Покрытие в поперечном сечении представляет собой условную полигональную ферму пролетом до 75 м, у которой верхний пояс изогнут по дуге, а нижний пояс - горизонтальный. Раскосы ферменной решетки расположены крестообразно и в местах пересечений закреплены между собой болтами. Плоскости решеток фермы располагаются с шагом 1 м. Соединения всех конструктивных элементов выполнены на болтах. Совместно с ЦНИИСК им. Кучеренко (г. Москва) разработан Стандарт предприятия, определяющий нормативы производства и монтажа, и сертифицирована технология бескаркасного строительства (http://lioninvest.by/p581.html; http://www.stu.lipetsk.ru/education/chair/kaf-mk/science/scienmat/4189/). Принято за прототип.
Основным недостатком данного известного решения является недостаточная пространственная жесткость и несущая способность сборных конструкций покрытия. При увеличении пролета покрытия более 70 м несущая способность и деформативность конструкции покрытия не обеспечивается на проектные нагрузки, что усугубляет работу раскосов в местах прикреплений, требует большого количества болтов, развитых фасонок и соответствующего увеличения поперечных сечений, а фермы с простой раскосной решеткой имеют большую высоту, необходимую для обеспечения нормативных требований по гибкости.
Задачей, решаемой заявляемым предложением, является разработка технически доступной и эффективной в реализации конструкции покрытия для бескаркасного здания с пролетом до 125 метров и свободным внутренним объемом путем внесения конструктивных изменений в устройство покрытия и использованием для выполнения некоторых его элементов стали нового класса.
Технический результат заключается в увеличении несущей способности покрытия большепролетного бескаркасного здания.
Заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат.
Сущность полезной модели состоит в том, что в покрытии бескаркасного здания, содержащем потолок и кровлю, выполненные из скрепленных между собой болтами профилированных волнообразных секций, и размещенный между потолком и кровлей ферменный каркас, включающий решетки из расположенных рядами вдоль пролета раскосов, установленных в каждом ряду под углом друг к другу, образующих зигзагообразную линию, соединенных болтами посредством фасонок между собой и с деталями потолка и кровли, и закрепленных между собой в местах пересечений болтами, и поперечные связи, соединяющие фасонки соседних решеток, особенность состоит в том, что раскосы в каждой решетке ферменного каркаса расположены в виде, по меньшей мере, четырех зигзагообразных линий, пересекающихся между собой в составе единой сетчатой конструкции, при этом вершины углов каждой пары линий раскосов расположены напротив друг друга, по меньшей мере, часть раскосов соседних решеток дополнительно соединены между собой поперечными связями, а для изготовления раскосов использован профиль повышенной жесткости из листовой стали класса С255-С550 толщиной 0,6-6,0 мм. Особенность и в том, что раскосы могут быть выполнены из трапецеидального, или С-образного, или швеллерного, или арочного, или П-образного профилей.
2
2
Выполнение ферменного каркаса покрытия большепролетного бескаркасного здания с раскосной решеткой сетчатой конструкции с закреплениями между раскосами в местах их пересечений и соединение соседних решеток между собой поперечными связями, выполненными не только между фасонками, но и между раскосами (хотя бы их частью) обеспечивает равномерное распределение напряжений, продольных усилий и поперечных сил, что позволяет снизить прогибы и повысить устойчивость ферменного каркаса при работе на изгиб, уменьшить расчетную длину элементов раскосов как в плоскости, так и из плоскости фермы, обеспечить ферменному каркасу оптимальную высоту. Как следствие, возможность увеличения пролета бескаркасного здания до 125 метров. Благодаря возможности предложенной системы к перераспределению усилий достигается увеличение жесткости фермы и уменьшение веса покрытия в целом, что позитивно влияет на его материалоемкость и несущую способность. Обеспечивается также перераспределение усилий в раскосах при закретичной работе. Использование в ферменном каркасе дополнительных поперечных связей между раскосами соседних решеток препятствует горизонтальному перемещению решеток и обеспечивает их устойчивость, что позволяет повысить пространственную жесткость и неизменяемость конструкции покрытия. Стальная конструкция ферменного каркаса равномерно распределяет нагрузки на несущие стены здания. Использование для изготовления раскосов профиля повышенной жесткости из стального листа с прочностными характеристиками стали, соответствующими классам С255-С550 с гарантированным нормативным пределом текучести от 255 Н/мм до 550 Н/мм позволяет при больших усилиях и нагрузках использовать лист толщиной 0,6-6,0 мм, что способствует снижению расхода стали, и оптимизировать расчет конструкции покрытия бескаркасного здания, выполненного из профилированных волнообразных секций, увеличив при этом его несущую способность при эксплуатации, прочность, жесткость и надежность.
Такое выполнение меняет статические свойства системы ферменного каркаса. Вертикальная жесткость системы повышается из-за исключения возможности ее S-образного прогиба от временной нагрузки, занимающей часть пролета.
Таким образом, внесенные конструктивные изменения и использование современной стали с улучшенными характеристиками увеличивают несущую способность покрытия при эксплуатации и, следовательно, позволяют увеличить пролет бескаркасного здания до 125 метров при сохранении внутри здания свободного объема.
На фиг. 1 представлена схема покрытия здания бескаркасного типа ЗАО «Эксергия» (прототип); на фиг. 2 - схема решетки раскосной сетчатой конструкции покрытия бескаркасного здания; на фиг. 3 представлен увеличенный фрагмент центральной части схемы решетки раскосной сетчатой конструкции покрытия бескаркасного здания, представленной на фиг. 2.
2
2
Покрытие бескаркасного здания с двумя несущими стенами 1 содержит потолок 2 и кровлю 3 и несущий ферменный каркас (не указано), который размещен между потолком 2 и кровлей 3. Потолок 2 и кровля 3 здания выполнены из скрепленных между собой вдоль кромок болтами профилированных волнообразных секций, выполненных, предпочтительно, из листовой стали класса С245-С-345 толщиной 0,8-2,0 мм на основе одного базового панельного элемента (не показано). Преимущественно базовый панельный элемент представляет собой достаточно плоскую строительную панель, включающую два продольно вытянутых главных профиля, каждый снабженный множеством продольных второстепенных профилей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и наложенных на главные профили, соблюдая общий рельеф профиля панели, желоба и гребни профилей сглаживаются, образуя, таким образом, одну центральную плоскую часть и плоскую боковую сторону у каждой кромки панели. Ширина каждой волнообразной секции составляет один метр, глубина рифления - 128 мм, длина - зависит от ее назначения. Волнообразные секции могут иметь защитное покрытие, например, цинковое, лакокрасочное, цинковое с дополнительным лакокрасочным, полимерное, электролитическое с дополнительным полимерным, защитно-декоративное лакокрасочное, алюмоцинковое и др. Кровля 3 может иметь, например, выпуклую, или плоскую, или другую форму. Ферменный каркас включает решетки (не указано) и поперечные связи (не показано). Решетки образованы из расположенных параллельными рядами вдоль пролета с заданным шагом (например, 1 метр) раскосов 4, которые в каждом ряду (решетке) установлены под углом друг к другу и соединены болтами посредством фасонок 5 между собой и с деталями потолка 2 и кровли 3. При этом раскосы 4 в системе каждой решетки ферменного каркаса расположены в виде, по меньшей мере, четырех зигзагообразных линий, пересекающихся между собой в составе единой сетчатой конструкции. Например, для образования четырех зигзагообразных линий использовано четыре группы раскосов 4, которые в каждой группе последовательно установлены парами встречного направления. В местах пересечений раскосы 4 закреплены между собой болтами. Вершины углов каждой пары зигзагообразных линий раскосов 4 расположены напротив друг друга. Фасонки 5 каждой решетки соединены с фасонками 5 соседних решеток поперечными связями. Также, по меньшей мере, часть раскосов 4 (некоторые раскосы 4) соседних решеток дополнительно соединены между собой поперечными связями. Раскосы 4 представляют собой стержневые элементы преимущественно из холодногнутых профилей. Могут быть использованы трапецеидальный, или С-образный, или швеллерный, или арочный, или П-образный профиль повышенной жесткости из листовой стали класса С255-С550 с гарантированным нормативным пределом текучести от 255 Н/мм до 550 Н/мм толщиной 0,6-6,0 мм. Увеличение пролета отразилось и на сортаменте используемых толщин фасонок 5. Они выполнены увеличенной толщины из стали повышенной прочности. В качестве поперечных связей применяются связевые элементы из Z-образных, преимущественно холодногнутых профилей. Соединения всех конструктивных элементов здания выполнены посредством болтов, без использования сварки. Все компоненты покрытия, за исключением проемов, являются стальными элементами преимущественно холодной формовки, изготавливаются в заводских условиях на специализированных известных автоматических линиях. Отверстия под болты также выполняются в заводских условиях.
Сборка конструкции покрытия бескаркасного здания осуществляется на болтах с помощью гайковертов на строительной площадке. Конструкция покрытия бескаркасного здания обладает расширенными функциональными возможностями. Ее преимуществом являются: повышенная надежность от прогрессирующих разрушений; возможность покрытия больших пролетов; максимальная унификация элементов; поточное изготовление элементов металлических конструкций на высокопроизводительных технологических линиях; возможность доставки в отдаленные и труднодоступные места; простота монтажа; сборно-разборная связь элементов между собой; возможность применения для бескаркасных зданий различного назначения.