СКЛАДНОЙ КАРКАС СЕТЧАТОЙ ОБОЛОЧКИ
FOLDING GRID SHELL FRAME

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении каркасов складных оболочек различных форм и назначения.
Известен складной каркас сетчатой оболочки вращения, включающий сеть с четырехугольными ячейками из шарнирно соединенных между собой не разрезных стержней, выполненных жесткими в плоскости касательной поверхности оболочки и упругогибкими из плоскости и расположенных вдоль геодезических линий, имеющих равные углы к оси вращения, причем шарнирные соединения имеют оси, перпендикулярные поверхности оболочки. (А.с. СССР №646016, Е04В 1/343, Е04В 7/08, 1979.)
Недостатком устройства является необходимость изготовления не разрезных стержней сложного профиля, совмещающих жесткость в одной плоскости с гибкостью в другой плоскости. Кроме того, предлагаемое в известном решении соединение стержней с крепежными элементами, размещаемыми в отверстиях стержней, приводит к ослаблению сечения стержней, что снижает прочность каркаса, к повышению трудоемкости и образованию отходов производства.
Известен складной каркас сетчатой оболочки вращения, включающий упругогибкие стержни, шарнирно соединенные между собой с образованием четырехугольных ячеек, фиксаторы рабочего положения, верхние и нижние кольца, радиальные стержни, гибкие связи.
Недостатком устройства является большая номенклатура используемых изделий с различными креплениями, что усложняет изготовление и снижает эксплуатационные качества устройства. (А.с. СССР №1747619, Е04В 1/343, Е04Н 15/48, Е04В 7/08, 1992.)
В качестве прототипа выбран складной каркас сетчатой оболочки, включающий сеть с ячейками из шарнирно соединенных между собой упругогибких стержней с концевыми гнутыми петлями и петлями, расположенными по длине стороны ячейки и стержней с концевыми гнутыми петлями, затяжки и фиксаторы положения, а петли-витки, находящиеся в одной плоскости, соединены стержневыми крепежными элементами. (Полезная модель №96883 Е04В 1/343, Е04В 7/08, 2008.)
К недостаткам устройства-прототипа относятся: ограничения размеров и несущей способности оболочки.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных качеств и увеличение несущей способности и размеров оболочки.
Поставленная задача решается благодаря тому, что складной каркас, включающий сеть с ячейками из упругогибких стержней фиксаторов положения и затяжек с гнутыми петлями, по длине и на концах шарнирно соединенными стержневыми крепежными элементами, отличается тем, что концы стержней загнуты внутрь насадок.
Кроме того, среди существенных признаков, характеризующих устройство, отличительными являются:
- насадки выполнены в виде трубчатого профиля;
- насадки выполнены с отверстиями для фиксации стержневыми крепежными элементами загнутых петель на загнутых концах стержней внутри насадок;
- стержневые крепежные элементы выполнены трубчатыми с наружной винтовой резьбой для крепления гаек;
- стержневые крепежные элементы выполнены трубчатыми с внутренней резьбой для крепления болтов;
- крепежные элементы соединяют внутренние и внешние слои упругогибких стержней, затяжек и фиксаторов положения;
- концы упругогибких стержней, затяжек и фиксаторов положения загнуты внутрь насадок в местах петель по длине;
- концы упругогибких стержней, затяжек и фиксаторов положения имеют загнутые петли на концах и загнуты внутрь насадок в местах петель по длине стержней.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно фиксация насадок на загнутых концах стержней обеспечивает более высокую прочность и возможность увеличения устойчивости стержней за счет увеличения сечения упругогибких стержней с помощью насадок, выполненных из трубчатого профиля.
Стержневые крепежные элементы (цилиндрические шарниры) изготавливаются в виде заклепок, шпилек или трубчатого профиля с внешней или внутренней резьбой для фиксации гайками или болтами петель по длине стержней с загнутыми концами внутрь насадок и загнутых петель на загнутых концах стержней внутри насадок.
С целью обеспечения высокой прочности для больших пролетов каркас может быть выполнен многослойным с внутренним и наружным слоем стержней, соединенных стержневыми крепежными элементами.
Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные качества оболочки, увеличить несущие способности и размеры оболочки.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами:
Фиг. 1 - узел крепления упругогибких стержней затяжки и фиксаторов положения с петлями по длине и загнутыми концами внутрь насадок в местах петель по длине, упругогибкие стержни затяжки и фиксаторов положения с загнутыми петлями на загнутых концах стержней внутри насадок и насадками с отверстиями, стержневые крепежные элементы и гайки, вид сверху;
Фиг. 2 - упругогибкие стержни затяжки и фиксаторов положения с петлями по длине и загнутыми концами в местах петель по длине, упругогибкие стержни затяжки и фиксаторов положения с загнутыми петлями на загнутых концах стержней;
Фиг. 3 - упругогибкие стержни затяжки и фиксаторов положения с петлями по длине и загнутыми концами внутрь насадки в местах петель по длине, упругогибкие стержни затяжки и фиксаторов положения с загнутыми петлями на загнутых концах стержней, насадка с отверстием и стержневым крепежным элементом;
Фиг. 4 - узел крепления многослойной оболочки, вид сбоку, с осью симметрии слоев многослойной оболочки, соединенных стержневым крепежным элементом;
Фиг. 5 - схема соединения стержневым крепежным элементом внутреннего и внешнего слоев каркаса сетчатой оболочки;
Фиг. 6 - схема монтажа каркаса путем поворота петли по длине вокруг стержневого крепежного элемента и фиксацией гайками петель по длине стержней фиксаторов положения и затяжек на соседних крепежных элементах с образованием треугольных ячеек.
Складной каркас сетчатой оболочки (Фиг. 1, 4) включает упругогибкие стержни 1, петли по длине стержней 2, насадки 3, загнутые концы стержней без петель 4, загнутые петли на загнутых концах стержней 5, стержневые крепежные элементы 6, гайки 7, болты 8, упругогибкие стержни фиксаторов положения 9, упругогибкие стержни затяжки 10, внешний слой оболочки 11, внутренний слой оболочки 12, насадки с отверстиями 13.
Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом.
Упругогибкие стержни, фиксаторы положения и затяжки 1, 9, 10 с петлями по длине 2 изготавливаются в виде хлыстов, прутков или бухты.
Хлысты, прутки или бухта могут изготавливаться, например, из проволоки, пластика, композита или нанокомпозита.
Изготовление упругогибких стержней, фиксаторов положения и затяжек 1, 9, 10 с петлями по длине 2, с загнутыми концами стержней 4, с загнутыми петлями на загнутых концах стержней 5 возможно четырьмя способами.
Первый способ
Из бухты проволоки на специальном станке навивают петли по длине 2.
В последующем проволока разрезается по длине между петлями 2 с образованием концов стержней без петель 4, которые загибаются в местах петель по длине 2 для фиксации насадок 3 (Фиг. 3).
Второй способ
Из бухты проволоки на специальном станке навивают петли по длине 2.
В последующем проволока разрезается по длине между петлями 2 с образованием концов стержней 4, которые загибаются с образование загнутых петель на загнутых концах стержней 5 для фиксации насадок 3, 13 (Фиг. 3).
Третий способ
На хлыстах или прутках на специальном станке навивают петли по длине 2 и загибают концы стержней без петель 4 в местах петель по длине для фиксации насадок 3, 13 (Фиг. 3).
Четвертый способ
На хлыстах или прутках на специальном станке навивают петли по длине 2 и загибают концы стержней без петель 4 в местах петель по длине и загибают петли на загнутых концах стержней 5 для фиксации насадок 3, 13 (Фиг. 3).
В дальнейшем собирают узлы каркаса с помощью стержневых крепежных элементов (Фиг. 1, 4).
Упругогибкие стержни 1, упругогибкие стержни фиксаторов положения 9, упругогибкие стержни затяжки 10 с насадками 3 или насадками с отверстиями 13 с загнутыми концами стержней без петель 4 или с загнутыми петлями на загнутых концах стержней 5 при наложении петель по длине 2 крепятся стержневыми крепежными элементами 6, гайками 7 или болтами 8 (Фиг. 1, 4).
При этом упругогибкие стержни фиксаторов положения 9 и упругогибкие стержни затяжки 10 крепятся стержневыми крепежными элементами 6, гайками 7 или болтами 8 на одну петлю по длине 2 для обеспечения возможности складывания каркаса (Фиг. 6).
Насадки 3 работают на сжатие и могут изготавливаться из металла, например алюминия или пластика, например сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (СВМПЭ), полипропиленовых труб, композитов или нанокомпозитов.
Упругогибкие стержни, затяжки и фиксаторы положения 1, 9, 10 работают на растяжение и изготавливаются из высокопрочной стали, например пружинной проволоки, композитов или нанокомпозитов.
Стержневые крепежные элементы 6 могут изготавливаться из металла, например из высокопрочной стали или ударопрочного пластика, например сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (СВМПЭ), в виде шпилек, винтов, болтов, заклепок, трубчатыми с внутренней или внешней резьбой для фиксации петель по длине 2 гайками 7 или болтами 8 (Фиг. 4).
С целью увеличения несущей способности каркас может изготавливаться многослойным (Фиг. 4, 5).
При этом стержневые крепежные элементы 6 соединяют внутренние 12 и внешние 11 слои (Фиг. 4, 5) упругогибких стержней 1, фиксаторов положения 9 и затяжек 10 (Фиг. 1, 3, 5).
Каркас в сложенном виде транспортируется на место для монтажа.
На месте монтажа упругогибкие стержни 1, фиксаторы положения 9 и затяжки 10 раскладываются по длине и ширине.
Упругогибкие стержни фиксаторов положения 9 и затяжки 10 поворачиваются на петлях по длине 2 вокруг крепежных элементов 6 в рабочее положение с фиксацией петель по длине 2 гайками 7 или болтами 8 на соседних стержневых крепежных элементах 6 в углах ячеек, образованных упругогибкими стержнями 1 (Фиг. 5).
Размеры элементов конструкции подбираются по расчету в зависимости от параметров оболочки и требуемых технико-экономических характеристик конструкции.
Покрытие каркаса сетчатой оболочки может быть выполнено однослойным или многослойным из пленки, ткани, сетки или отдельных панелей из различных материалов, например алюминия, пленки ETFE или СВМПЭ.
В результате складной каркас оболочки имеет малый вес и высокую несущую способность с минимальным весом и расходом материала.
Прочность элементов каркаса сетчатой оболочки, простота и скорость монтажа, возможность создания оболочек сложных геометрических форм любых размеров являются достоинствами предлагаемого изобретения по сравнению с более ранними аналогами.
Изготовление каркаса имеет минимум отходов и энергоемких операций (сварки, сверления).
Благодаря легкости и прочности конструкции складного сетчатого каркаса оболочки, возможно, ее использование при строительстве на воде, в сейсмических, горных районах, в садовых и рекламных конструкциях, малых архитектурных формах, для зданий и сооружений, например куполов, сводов, оболочек свободных и бионических форм, а также средств передвижения.