ЗДАНИЕ (ВАРИАНТЫ)
BUILDING (VERSIONS)

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к вариантам конструкций бескаркасных большепролетных зданий модульного типа и сооружений различного назначения, например: спортивного, производственного, складского и др., имеющих выпуклую или плоскую кровли.
Известен композитный строительный элемент с дискретными связями, включающий модульные элементы, соединенные между собой в сборно-разборную несущую конструкцию болтами для создания из них полносборных зданий и сооружений различного вида. Модульные элементы состоят из панели, прокатных подкрепляющих стержней, образующих раскосы и пояса пространственного шпренгеля, соединенного с панелью, которая может иметь положительную или отрицательную Гауссовую кривизну (полезная модель RU 44336, кл. E04B 1/24, опубликована 10.03.2005).
Криволинейная форма панели продиктована в известном решении внешними очертаниями будущего строения, например такого как башня, градирня и т.п. и не связана с обеспечением несущей способности и прочности этой панели, которые обеспечиваются в основном благодаря шпренгелевым соединениям.
Также известны варианты составных или комбинированных конструкций большепролетных покрытий зданий различного назначения.
Большепролетное покрытие содержит каркас, связанный с расположенной с наружной стороны сооружения защитной пленкой и с расположенной с его внутренней стороны тросовой сеткой. Между указанными пленкой и сеткой размещены емкости, заполненные газом. Под тросовой сеткой расположена трубчатая рама, связанная с фермами каркаса (описание изобретения к патенту RU 2383705, кл. E04H 15/02, опубликовано 10.03.2010).
Известные покрытия зданий ограничены в своем использовании климатическими условиями определенной местности, а также прочностными требованиями к конструкции здания.
Технический результат изобретения заключается в увеличении несущей способности как отдельных участков здания, так и всей строительной конструкции целиком, предназначенной как для стенового, так и для кровельного использования в большепролетных зданиях.
Кроме того, благодаря конструктивным усовершенствованиям деталей ферменного каркаса появилась возможность использовать для его изготовления сталь меньшей толщины, что положительным образом отразилось на снижении веса указанной конструкции.
Также при изготовлении предложенной конструкции использован новый тип стали с более высокими прочностными характеристиками, что позволило оптимизировать расчет конструкции здания, выполненного из волнообразных секций, уменьшив при этом ее вес с одновременным сохранением ее несущей способности при эксплуатации.
Технический результат изобретения достигнут с помощью следующей совокупности признаков.
Согласно первому варианту изобретения здание характеризуется наличием выпуклой кровли и содержит две несущие стены, соединенные по меньшей мере с одной торцевой стеной потолком и выпуклой кровлей.
Стены, потолок и кровля такого здания выполнены из скрепленных между собой волнообразных секций.
Между потолком и кровлей здания размещен ферменный каркас, состоящий из расположенных вдоль торцевой стены рядов распорок, установленных в каждом ряду под углом друг к другу и связанных между собой и с деталями потолка и кровли посредством фасонок, которые соединены с фасонками соседних рядов поперечными связями.
Каждая упомянутая распорка имеет трапецеидальный профиль с отгибами на концах, причем на боковых ветвях и отгибах распорки выполнены продольные ребра жесткости.
Каждая упомянутая поперечная связь выполнена в виде продолговатого элемента и имеет Z-образный профиль с прямыми углами, а концевые участки средней части упомянутого профиля загнуты под прямым углом к ней в противоположных направлениях, при этом по краям каждого концевого участка в продольном направлении выполнены ребра жесткости.
Ферменный каркас здания может иметь одинарную или двойную систему распорок. Одинарная система распорок представляет собой соединение распорок в каждом ряду в виде зигзагообразной линии.
Двойная система распорок представляет собой соединение распорок в каждом ряду в виде двух зигзагообразных линий, пересекающихся между собой, вершины углов которых расположены напротив друг друга.
Каждая упомянутая волнообразная секция состоит из нескольких чередующихся между собой впадин и гребней, а по всей площади секции выполнено множество продольных ребер жесткости, также имеющих волнообразный профиль, при этом центральные продольные участки впадин и гребней, а также продольные края секции выполнены уплощенными.
У каждой волнообразной секции первые ребра жесткости, расположенные на наклонных участках между впадинами и гребнями, могут быть выполнены с большими радиусами кривизны, чем вторые ребра жесткости, примыкающие к центральным продольным участкам.
В этом варианте выполнения волнообразной секции первые ребра жесткости могут быть выполнены с большей кривизной участков, выгнутых в направлении к внутренней стороне секции, чем кривизна участков между ними. При этом первые ребра жесткости образуют пары, расположенные симметрично относительно продольной оси гребня или впадины.
Несущие и/или по меньшей мере одна торцевая стена здания могут иметь проемы, при этом верхняя часть каждого проема снабжается защитным козырьком, передняя сторона которого имеет выступающие с торцов участки и загнутый вниз край, имеющий отгиб во внешнюю сторону относительно стены здания.
Стены здания могут быть соединены посредством уголковых профилей, стороны которых выполнены с ребрами жесткости.
Между потолком и кровлей здания может быть размещена стекловолоконная изоляция, состоящая из отдельных хлопьев, выполненных с возможностью вдувания в пролет между потолком и кровлей здания.
Здание может быть снабжено паро- и теплоизоляцией. Пароизоляция выполнена в виде армированных стекловолоконной сеткой листов алюминиевой пленки, установленных внутри здания с зазором относительно стен, а теплоизоляция выполнена в виде расположенных в этом зазоре пластин из стекловолокна.
Зазор между листами армированной алюминиевой пленки и стенами здания образован посредством закрепленных в заданных местах на внутренней стороне стен здания кронштейнов с фиксаторами, выполненными с возможностью взаимодействия с прикрепленными к листам армированной алюминиевой пленки брусками.
Согласно второму варианту изобретения здание характеризуется наличием плоской кровли и содержит две несущие стены, соединенные по меньшей мере с одной торцевой стеной потолком и плоской кровлей.
Так же как и в предыдущем варианте стены, потолок и кровля такого здания выполнены из скрепленных между собой волнообразных секций.
Между потолком и кровлей здания размещен ферменный каркас, состоящий из расположенных вдоль торцевой стены рядов распорок, установленных в каждом ряду под углом друг к другу и связанных между собой и с деталями потолка и кровли посредством фасонок, которые соединены с фасонками соседних рядов поперечными связями.
Каждая упомянутая распорка имеет арочный профиль с отгибами на концах, краевые участки которых загнуты и направлены вдоль боковых ветвей арочного профиля.
Каждая упомянутая поперечная связь выполнена в виде продолговатого элемента и имеет Z-образный профиль с прямыми углами, а концевые участки средней части упомянутого профиля загнуты под прямым углом к этой части в противоположных направлениях, при этом по краям каждого концевого участка в продольном направлении выполнены ребра жесткости.
Ферменный каркас здания может иметь одинарную или двойную систему распорок. Одинарная система распорок представляет собой соединение распорок в каждом ряду в виде зигзагообразной линии.
Двойная система распорок представляет собой соединение распорок в каждом ряду в виде двух зигзагообразных линий, пересекающихся между собой, вершины углов которых расположены напротив друг друга.
Распорка в этом варианте выполнения здания снабжена усилительным элементом, имеющим П-образное сечение и закрепленным на отгибах распорки посредством точечной сварки или болтового соединения.
Так же как в первом варианте здания, каждая упомянутая волнообразная секция состоит из нескольких чередующихся между собой впадин и гребней, а по всей площади секции выполнено множество продольных ребер жесткости, также имеющих волнообразный профиль, при этом центральные продольные участки впадин и гребней, а также продольные края секции выполнены уплощенными.
У каждой волнообразной секции первые ребра жесткости, расположенные на наклонных участках между впадинами и гребнями, могут быть выполнены с большими радиусами кривизны, чем вторые ребра жесткости, примыкающие к центральным продольным участкам.
В этом варианте выполнения волнообразной секции первые ребра жесткости могут быть выполнены с большей кривизной участков, выгнутых в направлении к внутренней стороне секции, чем кривизна участков между ними.
Здание, согласно второму варианту выполнения, имеет опорную для потолка и кровли конструкцию, установленную вдоль несущих стен, преимущественно на равном расстоянии от них.
Упомянутая опорная конструкция выполнена в виде ряда расположенных на расстоянии друг от друга колонн, соединенных с балкой, размещенной между потолком и кровлей здания.
Несущие и/или по меньшей мере одна торцевая стена здания могут иметь проемы, при этом верхняя часть каждого проема снабжается защитным козырьком, передняя сторона которого имеет выступающие с торцов участки и загнутый вниз край, имеющий отгиб во внешнюю сторону относительно стены здания.
Стены здания могут быть соединены посредством уголковых профилей, стороны которых выполнены с ребрами жесткости.
Между потолком и кровлей здания может быть размещена стекловолоконная изоляция, состоящая из отдельных хлопьев, выполненных с возможностью вдувания в пролет между потолком и кровлей здания.
Здание может быть снабжено паро- и теплоизоляцией. Пароизоляция выполнена в виде армированных стекловолоконной сеткой листов алюминиевой пленки, установленных внутри здания с зазором относительно стен, а теплоизоляция выполнена в виде расположенных в этом зазоре пластин из стекловолокна.
Зазор между листами армированной алюминиевой пленки и стенами здания образован посредством закрепленных в заданных местах на внутренней стороне стен здания кронштейнов с фиксаторами, выполненными с возможностью взаимодействия с прикрепленными к листам армированной алюминиевой пленки брускам.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображен первый вариант здания (в перспективе с частичным разрезом кровли); на фиг.2 - второй вариант здания (в перспективе с частичным разрезом кровли); на фиг.3 - волнообразная секция; на фиг.4 - распорка для первого варианта здания (вид сверху); на фиг.5 - разрез А-А на фиг.4; на фиг.6, а - поперечная связь (в развернутом виде); фиг.6, б - поперечная связь (поперечный разрез в рабочем виде, укрупнено); на фиг.7 - распорка для второго варианта здания (вид сверху); на фиг.8 - разрез Б-Б на фиг.7 совместно с усилительным элементом; на фиг.9 - часть защитного козырька для оконного проема (вид в изометрии); на фиг.10 - часть защитного козырька для других проемов (вид в изометрии); на фиг.11 - схема крепления паро- и теплоизоляции к внутренней стороне стены здания; на фиг 12, а, б - кровельные системы распорок для варианта здания по фиг.1; на фиг 13, а, б - кровельные системы распорок для варианта здания по фиг.2.
Изображенное на фиг.1 здание 1 (первый вариант) состоит из двух несущих стен 2 и одной или двух торцевых стен (не показаны), а также потолка 3 и кровли 4, имеющей выпуклую форму. Все стены, потолок и кровля выполнены из скрепленных между собой волнообразных секций 5 (фиг.3).
Между потолком 3 и кровлей 4 установлен несущий ферменный каркас, состоящий из множества расположенных параллельно один другому и торцевой стенке здания рядов распорок 6, установленных в каждом ряду на расстоянии одного метра между собой и под углом друг к другу. Распорки 6 в каждом ряду соединены между собой и с деталями потолка 3 и кровли 4 с помощью фасонок 7. Фасонки одного ряда соединены с противоположными им фасонками соседнего ряда с помощью поперечных связей 8 (фиг.6).
Каждая распорка 6 (фиг.4) выполнена в виде продолговатого элемента, симметричного относительно его продольной оси и имеющего монтажные отверстия, образованные в заданных местах. Распорка имеет трапецеидальный профиль с отгибами на концах (фиг.5). На боковых ветвях 9 и отгибах 10 каждой распорки выполнены продольные ребра жесткости 11, благодаря чему появилась возможность использовать для изготовления распорок листы стали меньшей толщины при больших нагрузках на кровлю.
Распорки шириной 34 мм используются для зданий с пролетами до 36 метров, а распорки шириной 64 мм используются для зданий с пролетами более 36 метров.
Ферменный каркас в зависимости от габаритов здания и его назначения может иметь простую одинарную систему распорок в виде одной зигзагообразной линии 12 (фиг.12, а), или двойную систему распорок в виде двух пересекающихся между собой зигзагообразных линий 13, вершины углов которых расположены напротив друг друга (фиг.12, б).
Кровельная двойная система распорок используется для зданий, имеющих ширину более 27 метров и может обеспечить пролеты до 70 метров включительно.
Каждая фасонка представляет собой уголок с разными по длине плечами, на которых в заданных местах образованы монтажные отверстия.
Каждая поперечная связь 8 (фиг.6, а) выполнена в виде продолговатого элемента, симметричного относительно его продольной оси и имеющего монтажные отверстия, образованные в заданных местах. Длинные стороны 14 и 15 этого элемента в рабочем его положении загнуты под прямым углом к плоскости его средней части (основания) 16, но в разные стороны (фиг.6, б). Таким образом каждая поперечная связь 8 имеет Z-образный профиль с прямыми углами. Концевые участки 17 и 18 упомянутого профиля в рабочем его положении также загнуты под прямым углом к плоскости средней части 16, но также в разные стороны, при этом по краям каждого концевого участка в продольном направлении выполнены ребра жесткости 19, позволяющие использовать для изготовления деталей поперечных связей листы стали меньшей толщины при больших нагрузках на кровлю.
Поперечные связи, длиной 1066 мм, используются для монтажа стандартной установки фермы каждый метр.
Поперечные связи, длиной 566 мм, используются для монтажа нестандартной установки фермы каждый полметра.
Прямоугольная в плане металлическая секция 5 (фиг.3) выполнена с волнообразным поперечным профилем, состоящим из нескольких крупных чередующихся между собой впадин 20 и гребней 21 (очевидно, что если секцию 1 перевернуть, то гребни и впадины поменяются местами).
Кроме того, секция 5 выполнена с множеством ребер жесткости 22, продольно ориентированных относительно ее боковых краев и имеющих, как сама секция, волнообразный профиль. Центральные продольные участки 23 и 24 упомянутых впадин и гребней выполнены уплощенными. Также уплощенными выполнены боковые края 25 секции 5 и на них на одинаковом расстоянии друг от друга образованы монтажные отверстия 26 для соединения посредством крепежных деталей в виде болтов и гаек, а также уплотняющих прокладок между ними (не показаны) с отверстиями, образованными на боковых краях, аналогичных по конструкции секции 5 соседних секций.
У каждой волнообразной секции 5 первые ребра жесткости, расположенные на наклонных участках между впадинами 20 и гребнями 21, могут быть выполнены с большими радиусами кривизны, чем вторые ребра жесткости, примыкающие к центральным продольным участкам 23 и 24.
В этом варианте выполнения волнообразной секции первые ребра жесткости могут быть выполнены с большей кривизной участков, выгнутых в направлении к внутренней стороне секции, чем кривизна участков между ними.
Такое выполнение секций позволяет увеличить несущую способность всей конструкции на 8,5%.
В стенах здания предусмотрены дверные и/или оконные проемы. Чтобы защитить эти проемы от попадания внутрь здания осадков предусмотрены защитные козырьки (фиг.9 и 10). Также упомянутые козырьки осуществляют несущую функцию, поскольку на них опираются стеновые секции.
На фиг.9 изображена часть конструкции защитного козырька, предназначенного для оконного проема здания. Для оптимизации функции отлива осадков он имеет выступающие с торцов участки 27 и загнутый вниз край, имеющий отгиб 28 во внешнюю сторону относительно стеновой секции.
На фиг.10 изображена часть конструкции защитного козырька, предназначенного для других проемов здания, кроме оконного.
Для соединения стен здания предусмотрены уголковые профили. Они могут быть изготовлены целиковыми или из двух частей в зависимости от высоты здания. Следует отметить, что чем длиннее этот профиль, тем оказывается ниже его несущая способность. Этот недостаток был устранен путем выполнения обеих сторон уголкового профиля с ребрами жесткости, выполненными в виде многочисленных мелких рифлений. Таким образом, при той же толщине стали прочностные характеристики упомянутого профиля значительно возросли.
Между потолком 3 и кровлей 4 здания размещена стекловолоконная изоляция, состоящая из отдельных хлопьев, потолок здания при этом дополнительно выполняет функцию пароизолятора, удерживая вдуваемую стекловолоконную изоляцию.
В межферменном пространстве предложенного здания предусмотрено наличие вентиляторов, система которых обеспечивала бы обмен половины объема воздуха в час.
На фиг.11 показана часть системы крепления паро- и теплоизоляции к внутренней стороне стен здания. Пароизолятор выполнен в виде армированных стекловолоконной сеткой листов алюминиевой фольги (пленки) 29, установленных с зазором относительно стен. С другой стороны к армировочному стеклохолсту приклеены листы крафт-бумаги. Теплоизолятор выполнен в виде пластин 30 из стекловолокна, помещенных в упомянутый зазор. Пароизолятор обращен к пластинам 30 из стекловолокна своей стороной, выполненной из листов крафт-бумаги, и соединен с пластинами 30 с помощью клея.
Зазор между стеной и пароизолятором обеспечен благодаря закрепленным на внутренней стороне стен в заданных местах множеству кронштейнов 31 с образованными на их свободных концах фиксаторами 32, выполненными с возможностью взаимодействия с брусками 33, присоединенными к листам 29.
Изображенное на фиг.2 здание 34 (второй вариант) отличается от здания, изображенного на фиг.1, плоской формой кровли 35. Оно также состоит из двух несущих стен 2 и одной или двух торцевых стен (не показаны), а также потолка 3 и уже упомянутой кровли 35. Все стены, потолок и кровля, так же как в первом варианте здания, выполнены из скрепленных между собой волнообразных секций 5 (фиг.3).
Кровля 35 согласно этому варианту выполнения здания может иметь легкий уклон для стока воды по меньшей мере в одну сторону.
Ферменный каркас здания 34, так же как ферменный каркас здания 1, может иметь одинарную 12 (фиг.13а) или двойную 13 (фиг.13б) систему распорок. Последняя используется для зданий с чистым пролетом до 60 метров.
Защита от непогоды для проемов здания 34 и его паро- и теплоизоляция выполнена аналогично первому варианту.
Согласно одному из вариантов выполнения изобретения здание 34 имеет опорную для потолка и кровли конструкцию, выполненную в виде ряда расположенных на равном расстоянии друг от друга и на равном расстоянии от несущих стен колонн 36, соединенных с балкой 37, которая установлена между потолком 3 и кровлей 35 (фиг.2).
Еще одним отличием этого здания от ранее описанного является выполнение каждой из распорок 38 ферменного каркаса в виде продолговатого элемента (фиг.7) с монтажными отверстиями в заданных местах и имеющего арочный профиль с отгибами на концах, краевые участки 39 которых загнуты и направлены вдоль боковых ветвей 40 арочного профиля продолговатого элемента (фиг.8).
При пролетах шире 26 метров или высоких нагрузках на кровлю распорку 38 снабжают усилительным продолговатым элементом 41, имеющим П-образное поперечное сечение и присоединенным к распорке 38 с помощью точечной сварки или болтового соединения.
Также на обеспечение повышенной несущей способности здания в целом и кровельных или стеновых его секций 5 направлено их выполнение из стали со следующими характеристиками.
В зависимости от назначения, конструкции и предполагаемой нагрузки на здание, согласно обоим его вариантам, выполненным из волнообразных секций, последние могут изготавливаться из стального листа толщиной 0,75÷1,2 мм. Такой лист стали имеет прочность, соответствующую нормам ASTM А792/А792М и предел текучести 40000 psi. В метрической системе 40000 psi соответствуют примерно 275,79 МПа. В этом варианте секция может быть выполнена с отделкой алюмоцинком в соответствии с AZM 165 и с окраской акриловыми красками печной сушки.
Также секция может быть изготовлена из стального листа толщиной 1,51 и 1,89 мм, имеющего прочность, соответствующую нормам ASTM А792/А792М, и предел текучести 37000 psi и 50000 psi соответственно. Такая секция может быть выполнена с отделкой алюмоцинком в соответствии с AZM 165 и с окраской акриловыми красками печной сушки.
В другом варианте выполнения полезной модели секция изготовлена из листа стали толщиной 0,75÷1,36 мм, имеющего прочность, соответствующую нормам ASTM A653 и предел текучести 40000 psi.
Следует отметить, что, как правило, для кровли используется более прочная (толстая) сталь, чем для стен.
Стальную секцию с одной стороны покрывают цинком, производят предварительную обработку и гибкую грунтовку, после чего ее наружную сторону покрывают краской серии Perspectra (название окраски).
Внутреннюю сторону этой секции покрывают цинком или 55% алюмоцинком, производят гальванизациию с последующим нанесением краски-грунтовки.
Благодаря предварительной обработке и окраске внутренней стороны секции увеличивается защита от коррозии всей секции в целом. Данная система окраски дает защиту стальной секции от коррозии на 25 лет.