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 падение сосулек значительных размеров.
Известен карниз крыши здания, содержащий закрепленный вдоль его кромки нагревательный элемент в виде трубы, соединенный с транспортными воздуховодами / см. патент РФ на изобретение №2340746, кл. Е04D 13/076, 2008 [1]/.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции крыши и значительные энергозатраты.
Известен также карниз крыши здания, содержащий шарнирно прикрепленный к свесу кровли 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 при полном отсутствии автоматизации, его низкая эффективность и значительная трудоемкость, а также сложность конструкции.
Кроме того, известны карнизы крыш зданий с механическим удалением снега, льда и сосулек, содержащие выступающую за кромку карниза упругую полосу, соединенную либо с пространственным кинематическим механизмом с гибкими сбивающими органами и мотором-редуктором /см. патент РФ на полезную модель 04589, 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 на полезную модель №90450, кл. Е01С 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 полной автоматизации процесса удаления сосулек, наледи и снега с краев кровли, причем на начальной стадии их образования без создания опасности для расположенных внизу 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 кровли значительных масс наледи, снега и сосулек крупных размеров и их возможность самопроизвольного обрушения.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простой, эффективной, экономичной и автономной конструкции карниза, обеспечивающей автоматический и периодический сброс с края кровли сосулек, наледи и снега до достижения массой этих отложений опасных значений.
Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет обеспечения полной автоматизации и автономности процесса сброса сосулек, наледи и снега с края кровли здания.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном карнизе крыши здания, включающем выступающую за его кромку протяженную прямолинейную полосу из упругой стали, выполненную с возможностью задерживания на своей поверхности наледи и снега, особенность заключается в том, что полоса выполнена с возможностью релейной потери устойчивости своей прямолинейной формы /продольного изгиба/ в плоскости наименьшей поперечной жесткости, параллельной торцу карниза, под действием сжимающей осевой нагрузки, превышающей ее критическое значение для соответствующей упругой полосы, один конец полосы прикреплен к карнизу шарнирно с помощью консольно закрепленной на торце карниза в одной с ним плоскости оси, а другой конец полосы введен в скользящий контакт с также консольно закрепленной на торце карниза термобиметаллической пружиной, развивающей при заданной температуре окружающей среды вышеуказанное значение сжимающей осевой нагрузки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично на общем виде изображено предлагаемое устройство.
Карниз 1 крыши здания 2 содержит выступающей за его кромку протяженную прямолинейную полосу 3 из упругой стали, выполненную с возможностью задержания на своей поверхности слоя 4 наледи и снега, а также свисания по кромке сосулек 5. При этом полоса 3 выполнена с возможностью релейной потери устойчивости своей прямолинейной формы /продольного изгиба/ в плоскости наименьшей поперечной жесткости, параллельной торцу 6 карниза 1, под действием сжимающей осевой нагрузки, превышающей ее критическое значение для соответствующей упругой полосы 3. То есть при действии сжимающей осевой нагрузки, превышающей критическое значение, полоса 3 релейно /скачком/ прогибается либо выпуклостью вверх, либо вниз /направление скачка случайно и зависит от многих конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, однако не имеет принципиального значения при работе устройства/. При этом один конец полосы 3 /левый на рисунке/ 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 боковых смещений полосы 3. Другой конец полосы 3 /правый на рисунке/ введен в скользящий контакт с также консольно закрепленной на торце 6 карниза 1 плоской термобиметаллической пружиной 9, развивающей при заданной температуре окружающей среды вышеуказанное значение сжимающей осевой нагрузки, то есть нагрузки, превышающей критическое значение для конкретной упругой стальной полосы 3 с определенными и геометрическими, и технологическими параметрами. Справа на рисунке /замазан/ расположен активный слой пружины 9, соответственно слева - пассивный слой. При нагревании пружина 9 прогибается влево и прикладывает к полосе 3 сжимающее осевое усилие. Скользящий контакт пружины 9 с полосой 3 осуществлен с помощью прикрепленной к внутренней боковой поверхности пружины 9 планки 10 с направляющим пазом, в котором свободно размещен правый на рисунке торец полосы 3.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Параметры термобиметаллической пружины 9 подобраны таким образом, чтобы при температурах окружающей среды порядка 0°С÷-2°С пружина 9 была практически прямолинейна. При более значительных отрицательных температурах пружина 9 изгибается вправо на рисунке в сторону от полосы 3, однако глубина паза в планке 10 не позволяет при этом выйти полосе 3 из паза, то есть она остается в любом случае опертой на пружину 9 /скользящий контакт/. При повышении температуры окружающей среды до +2°С÷+4°С пружина 9 начинает прогибаться влево на рисунке и постепенно прикладывать к полосе 3 увеличивающееся осевое усилие. В момент превышения этим усилием критического значения для полосы 3 последняя релейно сработает, то есть щелчком /скачком/ прогнется вверх или вниз. Естественно, что такой скачок приведет автоматически к сбросу с полосы 3 слоя 4 снега, льда и сосулек 5. Как показывают эксперименты, именно при температурах +2°С÷+4°С начинается процесс активного образования на полосе 3 слоя наледи 4 и сосулек 5. Параметры термобиметаллической пружины 9, а также конструктивно-технологические параметры всего устройства /исходный зазор между торцом полосы 3 и дном паза в рейке 10 /планки/ и т.п./ подбираются таким образом, чтобы пружина 9 развила критичекое усилие сжимающей осевой нагрузки именно при этих температурах в диапазоне +2°÷+4°С. При такой температуре наледь 4 и сосульки 5 уже начинают образовываться, однако их масса еще не достигает опасных значений. Поэтому их сброс не представляет опасности для расположенных внизу людей и объектов. В период максимально интенсивного сосулькообразования /осень, весна/ температура окружающей среды в течение суток несколько раз меняется от отрицательных к положительным значениям и обратно, проходя через ноль. Поэтому в течение суток происходят многократные автоматические срабатывания упругой полосы 3, позволяющие, как уже говорилось, вовремя сбрасывать наледь 4 и сосульки 5, не допуская их нарастания до значительных размеров. Перестройка температуры срабатывания устройства в случае необходимости - или для более частого срабатывания, например с +3°С на +1°С, с целью практического исключения нарастания наледи и сосулек далее до малых размеров, или, наоборот, для более редкого срабатывания, например с +3°С на +5°С, на неопасных для людей и объектов участках крыши - может быть осуществлена либо заменой термобиметаллической пружины 9 пружиной с другими характеристиками, либо регулировкой установки путем удаления-приближения пружины 9 в исходном состоянии к правому торцу полосы 3. Для такой регулировки в устройстве предусмотрено консольное крепление пружины 9 к торцу 6 карниза 1 с помощью специального, подвижного вдоль торца 6 карниза 1 зажима. На рисунке данное крепление не показано, так как, по мнению заявителя, оно общеизвестно и не оказывает принципиального влияния на работу устройства. Крепления же левого конца упругой полосы 3 шарнирно позволяет согласно теории устойчивости сжатых стершей, протяженных полос и т.п. резко уменьшить значение критической нагрузки, при которой возникает потеря продольной устойчивости. Например, согласно формуле Эйлера, такое крепление левого конца полосы 3 по сранению, например, с его жесткой заделкой при одинаковом закреплении правого конца позволяет уменьшить значение критической нагрузки в четыре раза. Это приводит к упрощению реализации устройства, повышению стабильности его работы, ослаблению требований по развиваемой продольной силе к термобиметаллической пружине 9 и т.д.
Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой конструкции, надежностью, оно может быть изготовлено практически в кустарных условиях. Устройство абсолютно автономно, не требует источников электроэнергии, а также реализует автоматический процесс, полностью исключая участие в нем человека.