ГНУТОКЛЕЕНАЯ ДЕРЕВЯННАЯ СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА, ОБРАЗОВАННАЯ ПЕРЕКРЕСТНЫМИ АРОЧНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ
BENT-LAMINATE WOODEN CELLULAR CASING FORMED BY CROSS ARCHED STRUCTURES

Изобретение относится к строительству, в частности к несущим клееным деревянным конструкциям, и может быть использовано для образования пространственных каркасов покрытий в гражданских объектах широкого назначения.
2
Известна деревянная сетчатая оболочка из реек 50×50 мм в два-четыре ряда пролетом до 60 м, представляющая собой свод и перекрывающая площадь 4700 м, в виде искривленной в пространстве стержневой решетки. В плане при вспарушивании свода сетка представлена в виде ромбов с углами от 70 до 110°. Форма оболочки выбрана так, что при вертикальной постоянной нагрузке возникает только сжимающее усилие. Опирание оболочки происходит на бетонную обвязку и арки [1].
Известна также деревянная сетчатая оболочка выставочных павильонов и информационного центра, которая состоит из предварительно изогнутых реек 40×70 мм в четыре слоя. Форма была создана такой, что только под статическими нагрузками возникает мембранное напряжение оболочки, соответствующее безмоментному состоянию. Для обеспечения локальной жесткости применяются деревянные подкладки. Дополнительно деревянная структура усиливается стальными диагоналями. Опирание оболочки происходит на трехметровые железобетонные стенки, расположенные по периметру формы каркаса. [1]
Однако использование таких сетчатых оболочек возможно не при любой криволинейной форме плана и данные оболочки не имеют консольных выносов.
Наиболее близкой по техническому решению и рассматриваемой как прототип к заявляемому изобретению является деревянная сетчатая гексагональная структура покрытия Центра Помпиду в Меце, образованная перекрестными деревянными гнутыми двухпоясными балками. Кровля состоит из шестигранных деревянных элементов, напоминающих плетение китайской шляпы. Эта структура покрытия крепится к металическим кольцевым опорным контурам, расположенным на выступающих объемах здания на различной высоте. Дополнительная фиксация оболочки осуществляется в уровне фундамента. Таким образом, по своей сути эта оболочка является подвесной [2].
Недостатком описанного прототипа является его ограниченная несущая способность, так как использование такой оболочки без опорных контуров, расположенных на выступающих объемах здания, затруднительно. Адаптация такой оболочки как самонесущей возможна, но количество пространственных опор возрастает, а расстояние между опорами сокращается. Такой вариант применим не для всех типов зданий. При увеличении пролета такой оболочки внутренние напряжения в конструкции сильно возрастут, что повлечет увеличение сечения гнутоклееных элементов и, как следствие, увеличение материалоемкости. Соответственно для большепролетных строений применение такой оболочки нерационально.
Целью изобретения является повышение несущей способности, жесткости и одновременно гибкости конструкций оболочки при увеличении пролета и минимизации количества опорных элементов без применения дополнительных опорных контуров, расположенных на выступающих объемах здания, а также снижение металлоемкости деревянной конструкции.
Указанная цель достигается тем, что сетчатая деревянная гнутоклееная конструкция образована перекрестными несущими арками и полуарками, имеющими верхний и нижний пояса, соединенные стойками. Несущие элементы оболочки выполнены в виде сдвоенных несущих аркок, соединенных с несущими сдвоенными полуарками двухпоясными вогнутыми гнутоклееными деревянными элементами, при этом арки раскрепляются в пролетах гнутоклееными деревянными пластинами дополнительных полуарок, перекрестно проходящих в диагональных направлениях, что обеспечивает устойчивость и жесткость всего сооружения (всей конструкции). Эта особенность структуры позволяет хорошо воспринимать неравномерные снеговые и ветровые нагрузки, а также минимизировать количество дополнительных металлических связей жесткости. Сдвоенные несущие арки и полуарки представляют собой гнутоклееные элементы (из верхних и нижних поясов, соединенных стойками), находящиеся на среднем расстоянии около 1 м друг от друга и варьирующиеся в зависимости от масштаба и криволинейности плана. Соединение сдвоенных несущих арок между собой происходит через пластины дополнительных раскрепляющих полуарок, проходящих перекрестно в диагональных направлениях.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-6.
На фиг. 1-6 показаны:
1 - Несущие арки
2 - Сопряженные с аркой 1 несущие полуарки
3 - Свободные (дополнительные) перекрестные двухпоясные полуарки
4 - Двухпоясные криволинейные вогнутые элементы
5 - Верхние пояса арок, полуарок, вогнутых элементов
6 - Нижние пояса арок, полуарок, вогнутых элементов
7 - Стойки, соединяющие верхние и нижние пояса арок, полуарок, вогнутых элементов
8 - Шарниры металлические
На фиг.1 представлена структурная конструкция в объеме. Фиг.1 показывает общую компоновку конструкции. На фиг.2 и 3 показаны примеры структурной конструкции на планах различного криволинейного очертания. На фиг.2 указана конструкция, изображенная на фиг.1 в плане. На фиг.3 показан пример конструкции, выполненный в соответствии с другой конфигурацией плана. В этой конструкции сохраняется тот же принцип построения структуры. На фиг.4 показана ортогональная схема одной из несущих арок, соединенной с двумя несущими полуарками вогнутыми элементами. Дополнительные раскрепляющие перекрестные полуарки условно не показаны. Данная схема иллюстрирует вид сложной скомпонованной плоскостной конструкции, воспринимающий основные нагрузки на структуру и позволяющий создавать консольные выносы за счет полуарок. На фиг.5 показан фрагмент одной несущей арки, крепление к опоре. Крепление на опоре осуществляется при помощи металлических элементов, что обеспечивает их устойчивость в поперечном направлении и шарниров, воспринимающих напряжения. Сечение элементов увеличено, в отличие от прототипов. Распор арок воспринимается металлическими затяжками в уровне монолитной плиты подготовки пола. На фиг. 6 показано крепление поясов несущей арки 1, вогнутого элемента 4, связывающего арки, и перпендикулярно-проходящей дополнительной раскрепляющей арки 3.
Предлагаемая конструкция может быть применена к любой криволинейной форме плана практически любого масштаба, как показано на фиг.2 и 3. Данная пространственная конструкция не требует применения дополнительных опорных контуров по периметру, так как имеет основной жесткий несущий каркас из сдвоенных перекрещивающихся арок 1 на фиг.1 и фиг.2. Использование системы сдвоенных несущих арок и полуарок в качестве дисков жесткости упрощает монтаж оболочки за счет возведения несущих элементов на первом этапе, а затем поэтапного раскрепления конструкции дополнительными полуарками, проходящими перекрестно в диагональных направлениях. Такая технология монтажа является отличной от прототипа, где все элементы конструкции должны монтироваться одновременно. Перераспределение статической нагрузки в заявляемой гнутоклееной оболочке происходит за счет многосвязности системы. Таким образом, потеря устойчивости не произойдет даже при потере 40% элементов. Также одним из преимуществ изобретения за счет образования именно таким образом структуры конструкции является устройство достаточно больших консольных плоскостей, что видно на фиг.1-4.
Источники информации
1. Timber Construction Manual/Herzog, Natterer, Schweitzer, Volz,  Edition Detail/ Switzerland, 2004, c. 256-257.
2. Architectural Design / July/August 2010 // THE NEW STRUCTURALISM // WILEY-ACADEMY, c. 86-87, c. 90-93.