КАРНИЗ КРЫШИ ЗДАНИЯ
BUILDING ROOF CORNICE

Изобретение относится к строительству крыш жилых и производственных зданий, исключающих опасность схода с крыши снега и льда, а также падения сосулек значительных размеров.
Известен карниз крыши здания, содержащий закрепленный вдоль его кромки нагревательный элемент в форме трубки, соединенный с транспортными воздуховодами /см. патент РФ на изобретение №2340746, кл. E04В 13/076, 2008 [1]/.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции крыши и значительные энергозатраты.
Известен также карниз крыши здания, содержащий шарнирно прикрепленный к карнизу поворотный сбивающий орган, выполненный составным из шарнирно соединенных полос и снабженный бойком, соединенным с гибкой связью /см., например, а.с. СССР №1188288, кл. Е04D 13/06, 1982 [2]/.
Недостатками известного устройства являются ручной характер процесса удаления при полном отсутствии автоматизации, его низкая эффективность и значительные трудоемкость и сложность конструкции.
Кроме того, известны карнизы крыш зданий с механическим удалением снега, льда и сосулек, содержащие выступающую за кромку упругую полосу, соединенную либо с пространственным кинематическим механизмом с гибкими сбивающими органами и мотором-редуктором /см. патент РФ на полезную модель №104589, кл. Е04D 13/076, 2010 [3]/, либо с источником механических колебаний, выполненным в виде закрепленного на здании вала с электродвигателем и эксцентриками /см. патент РФ на полезную модель №110790, кл. Е04D 13/076, 2010 [4]; патент РФ на полезную модель №108466, кл. Е04D 13/076, 2011 [5]/, либо с источником механических вибраций и импульсов в виде передвижного вибратора, соединенного с вибропроводом, состоящим из набора горизонтальных и вертикальных металлических стержней /см. патент РФ на полезную модель №110789, кл. Е04D 13/064, 2010 [6]/, либо с источниками механических импульсов, взаимодействующих с волноводами, выполненными из профильных конструкций, закрепленных с напуском относительно кромки кровли /см. патент РФ на полезную модель №90450, кл. Е01C 11/24, 2009 [7]/.
Недостатками всех известных устройств являются предельная сложность конструкции вследствие необходимости использования специальных виброимпульсных возбудителей, вибропроводов и волноводов, кинематических исполнительных механизмов и т.д., значительные энергозатраты, низкие эксплуатационные характеристики устройств из-за отсутствия возможности автоматизации процесса удаления сосулек, наледи и снега с краев крыши, причем на начальной стадии их образования без создания опасности для людей и объектов.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является карниз крыши здания, содержащий выступающую за его кромку протяженную гибкую полосу из упругой стали, выполненную с возможностью задерживания на своей поверхности наледи и снега /см. патент РФ на полезную модель №90823, кл. Е04D 13/076, 2009 [8]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются его низкие эксплуатационные характеристики вследствие опасности скопления на краях крыши значительных масс наледи, снега и сосулек крупных размеров и их возможность самопроизвольного обрушения.
Сущность изобретения заключается в создании простой эффективной и универсальной конструкции карниза, обеспечивающей ручной и автоматический периодический сброс с края крыши сосулек, наледи и снега, не допуская достижения массой этих отложений опасных значений для расположенных внизу людей и объектов.
Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет обеспечения ручного и автоматического своевременного сброса сосулек, наледи и снега с края крыши здания.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном карнизе крыши здания, содержащем выступающую за его кромку протяженную полосу из упругой стали, выполненную с возможностью задержания на своей поверхности наледи и снега, особенность заключается в том, что полоса выполнена изогнутой по многоволновой синусоидальной кривой с помощью механизма создания предварительного продольного сжимающего натяга критической силой высшего порядка, соответствующей одной из высших форм релейной потери устойчивости полосы со сменой направлений выгнутости и вогнутости всех ее полуволн при действии на одну из полуволн заданной поперечной силы, при этом один конец полосы прикреплен к карнизу шарнирно с помощью консольно закрепленной на торце карниза в одной с ним плоскости оси, механизм создания предварительного натяга представляет собой также консольно закрепленную на торце карниза стойку с регулировочными винтами и фиксаторами, введенными в силовой скользящий контакт с другим концом полосы, а нижние поверхности двух соседних полуволн изогнутой полосы соединены с гибким шнурами, свободно свисающими вдоль стены здания до зоны их досягаемости с земли или с одного из балконов здания.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично на общем виде изображено предлагаемое устройство.
Карниз 1 крыши здания 2 содержит выступающую за его кромку протяженную полосу 3 из упругой стали, выполненную с возможностью задержания на своей поверхности наледи и снега 4, а также свисания по кромке сосулек 5. Полоса 3 выполнена изогнутой по многоволновой синусоидальной кривой с помощью механизма создания предварительного сжимающего продольного натяга критической силой высшего порядка, соответствующей одной из высших формарелейной потери устойчивости полосы 3 со сменой направлений выпуклости и вогнутости всех ее полуволн при действии на одну из полуволн заданной поперечной силы. При этом один конец полосы 3 /левый на чертеже/ прикреплен к карнизу 1 шарнирно с помощью консольно закрепленной на торце 6 карниза 1 в одной с ним плоскости оси 7 с осевым ограничителем 8 смещения полосы 3. Механизм создания предварительного продольного сжимающего натяга полосы 3 представляет собой также консольно закрепленную на торце 6 карниза 1 стойку 9 прямоугольного поперечного сечения с регулировочными винтами 10 и подвижными фиксаторами 11, введенными в силовой скользящий контакт с другим концом полосы 3. Фиксаторы 11 надеты своим осевым отверстием на удаленные от стойки 9 нерезъбовые концы винтов 10 и законтрены с двух сторон в осевом направлении стопорными шайбами с возможностью свободного проворота на винтах 10, при этом на наружных торцах фиксаторов 11 выполнены пазы, свободно охватывающие боковой торец /правый на чертеже/ полосы 3. Подробно конструкция закрепленных на винтах 10 фиксаторов 11 на чертеже не показана, так как эти элементы известны и подробно описаны. Нижние поверхности двух соседних полуволн изогнутой полосы 3 /на чертеже левая 12 изображена выпуклостью вверх, правая 13 - выпуклостью вниз/ соединены с гибкими шнурами 14, 15, свободно свисающими вдоль фронтальной стены здания 2 до зоны их досягаемости человеком с земли или с одного из балконов 16 здания 2 /на чертеже показан второй вариант/.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно кратко остановимся на принципе работы устройства. Впервые вопрос продольной устойчивости стержней и пластин рассмотрел и математически обосновал в 1744 году Л.Эйлер. Он дал общую формулу критической силы, при которой стержень и полоса релейно теряют продольную устойчивость. Более того, Эйлер показал, что бывает низшая форма потери устойчивости, когда стержень /полоса/ при продольном сжатии критической силой низшего порядка релейно выпучиваются в одну из сторон, так и высшие формы потери устойчивости. При таких формах предварительно искривленный по синусоидам с двумя, тремя и более полуволнами путем создания сжимающего предварительного продольного натяга приложением критической силы высшего порядка стержень /полоса/ в случае действия достаточной по величине поперечной силы на одну из полуволн релейно теряет устойчивость, скачком изменяя направления выпуклости и вогнутости всех своих полуволн на противоположные, то есть переходит в новое устойчивое состояние. Вышеописанный эффект легко проверить на практике, нажав, например, сверху на выпуклую полуволну предварительно изогнутой по синусоиде тонкой упругой полосы действующей на нее продольной сжимающей силой. При этом полоса "щелчком" перейдет в новое устойчивое положение, при котором выпуклости и впадины поменяются местами. Согласно данному принципу предварительно, свободно надев пазы фиксаторов 11 на правый торец полосы 3, плавным заворачиванием винтов 10 создают критическую силу, продольно сжимающую полосу 3 и обеспечивающую искривление полосы 3 по синусоиде с несколькими /порядка четырех-восьми/ полуволнами. Крепление левого на чертеже конца полосы 3 шарнирно позволяет согласно теории устойчивости сжатых стержней /полос/ резко уменьшить значение этой критической силы. Например, согласно формуле Эйлера такое крепление по сравнению с жесткой заделкой при одинаковом креплении правого конца полосы 3 /скользящая заделка/ позволяет уменьшить значение критической силы в четыре раза. Предлагаемое устройство может работать как в ручном, так и в автоматическом режимах без участия человека. Ручной режим более стабилен, надежен и позволяет производить предварительную грубую регулировку устройства. При появлении на полосе 3 снега, льда 4 и сосулек 5 человек с балкона 16 или с земли дергает за гибкие шнуры 14, 15 /при показанном на чертеже положении полосы 3 - за шнур 14, так как полуволна 12 обращена выпуклостью вверх/. Полоса 3 при этом релейно /скачком/ перескакивает из одного в другое устойчивое состояние, при котором изменяются направления выпуклостей и вогнутостей всех ее полуволн. Естественно, это приводит к сбросу с полосы 3 слоя снега, льда 4 и сосулек 5. Такой сброс необходимо проводить на ранней стадии образования отложений 4, 5, чтобы их падение не представляло опасности для расположенных внизу людей и объектов, либо заранее принять меры предупреждения об опасности. Следующий рывок надо делать уже за шнур 15, так как после перескока уже полуволна 13 будет обращена выпуклостью вверх. Естественно, что с земли или с балкона 16 не видно, какой из шнуров 14, 15 дергать первым, поэтому надо начинать с любого шнура, а в случае отсутствия срабатывания дергать за другой шнур. В случае примерзания снега, льда 4 и сосулек 5 к полосе 3 надо, поочередно прикладывая рывки к шнурам 14, 15, осуществить несколько срабатываний полосы 3, последовательно изменяя направления выпуклостей и вогнутостей ее полуволн 12, 13 вверх и вниз. Для автоматического срабатывания полосу 3 регулировкой критической сжимающей силы надо настроить винтами 10 так, чтобы она срабатывала при сравнительно малом весе осадков 4, 5, действующих сверху полосы 3 на выпуклые вверх полуволны, например, 12. В этом случае даже случайная нагрузка от веса слоя снега, льда 4 и сосулек 5 на одну или несколько обращенных выпуклостью вверх полуволн 12 приведет к автоматическому срабатыванию всей полосы 3. Такой вариант весьма вероятен, так как наледь на полосе 3 в своей жидкой фазе стекает вниз с выпуклых вниз полуволн 13 полосы 3, а куски наледи в ее твердом виде скапливаются на выпуклых вверх полуволнах 12 полосы 3, вызывая их срабатывание вниз. Естественно, что такой режим менее стабилен, чем ручной, менее надежный и может быть использован как дополнение к ручному режиму. Автоматические срабатывания на ранней стадии образования отложений позволяют лучше подготовиться к ручному режиму, замедлить процесс формирования отложений 4, 5, ослабить их примерзание к полосе 3, предупредить своим возникновением о необходимости проведения ручного режима.
Предлагаемое устройство характеризуется простотой конструкции, надежностью, универсальностью, экономией энергозатрат, расширенными областями применения и функциональными возможностями.