Кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса
ROOF WITH TRANSLUCENT COATING FOR CLOSED COURTYARD, FORMED BY INNER WALL ENCLOSURES OF BUILDING COMPLEX

Изобретение относится к строительству жилых зданий и может быть использовано для устройства кровли со светопрозрачным покрытием для внутреннего замкнутого двора, ограниченного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, с возможностью самоочистки светопрозрачного покрытия кровли от снега для улучшения освещенности внутреннего пространства двора в зимнее время года.
В районах со снежной зимой одной из основных проблем при организации кровли со светопрозрачным покрытием для замкнутого внутреннего двора, ограниченного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, является снижение освещенности внутреннего пространства двора из-за налипания снега на наружную поверхность светопрозрачного покрытия.
Известен строительный модуль, в котором жилые корпуса установлены с образованием между ними открытого замкнутого пространства, кровля которого выполнена со светопрозрачным покрытием. Кровля имеет центральный стеклянный зенитный фонарь и наклонное остекление, которое соединено уклоном с крышами жилых корпусов (СССР, авторское свидетельство №1784728, Е04Н 1/00, 30.12.92.)
В известной конструкции кровли теоретически возможно организовать самопроизвольное сползание снега на крыши жилых помещений, увеличивая угол наклонного остекления. При этом очевидно, поскольку форма рассматриваемой кровли близка к форме пирамиды, то оптимальная величина угла уклона составит 45°. Однако, в рассматриваемой конструкции любое увеличение угла уклона кровли увеличивает вертикальный размер кровли, что значительно утяжеляет конструкцию кровли внутреннего двора. Кроме того, с увеличением угла уклона кровли повышается и боковая ветровая нагрузка.
Более рациональным является выполнение кровли для замкнутого внутреннего двора в форме купола с использованием светопрозрачного материала.
Известна кровля для замкнутого внутреннего двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, выполненная из эластичного светопрозрачного материала. Кровля состоит из герметично соединенных между собой по периметру, конструктивно независимых, центральной части, скатов и дополнительной мембраны, герметично соединенных между собой с образованием купола в форме сегмента сферы. Нижние концы скатов кровли по периметру соединены с внутренними стеновыми ограждениями посредством дополнительной мембраны, нижний торец которой по периметру герметично соединен с обращенными внутрь замкнутого двора стеновыми ограждениями строительного комплекса под отрицательным острым углом к поверхности крыши, а верхний торец герметично соединен по периметру с нижними краями скатов кровли. Кровля снабжена центральными вертикальными опорами и направляющими для скатов в виде тросов. (РФ, патент №2637818, Е04Н 15/20, 07.12.2017).
В известной кровле улучшение освещенности внутреннего двора в условиях снежной зимы достигается за счет введения источника дополнительного освещения в виде мембраны из светопроницаемого материала, герметично соединенной по периметру с нижними краями скатов кровли и закрепленной под отрицательным острым углом к поверхностям крыш построек комплекса, что снижает вероятность ее засыпания снегом. Однако, при обильном выпадении снег скапливается на основной светопрозрачной поверхности купола, что резко снижает освещенность внутреннего двора и, кроме того, не исключает вероятность засыпания снегом и источника дополнительного освещения. При этом центральные вертикальные опоры и направляющие для скатов в виде тросов, которые проходят через специальные сквозные полости в дополнительной мембране и первыми концами жестко закреплены на крыше строительного модуля, а вторыми концами жестко соединены с центральными опорами кровли, ухудшают эстетический вид внутреннего двора.
Известно, наиболее близкое к предлагаемому, выполнение кровли для замкнутого внутреннего двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, из эластичного светопрозрачного материала. Кровля состоит из герметично соединенных между собой по периметру, конструктивно независимых, центральной части и скатов, герметично соединенных между собой с образованием купола в форме сегмента сферы. Нижние концы скатов кровли по периметру опираются на обращенные внутрь замкнутого двора стеновые ограждения строительного комплекса и герметично с ними соединены посредством дополнительных жестких вертикальных светопрозрачных ограждений. Верхние концы скатов герметично соединены с центральной частью кровли также посредством дополнительных жестких вертикальных светопрозрачных ограждений. Кровля снабжена четырьмя центральными вертикальными опорами и направляющими для скатов. Направляющие жестко соединены с центральными опорами кровли и внутренними стеновыми ограждениями (РФ, патент №2503780, Е04В 1/00, Е04Н 15/20, 10.01.2014).
В известной кровле улучшение освещенности внутреннего двора в условиях снежной зимы достигается за счет дополнительных жестких вертикальных светопрозрачных ограждений, установленных на обращенных в сторону замкнутого двора стеновых ограждениях строительного комплекса, а также между краями центральной части кровли и верхними концами скатов кровли. Поскольку ограждения установлены вертикально, то снег на них не задерживается. Однако, при обильном выпадении снег скапливается на основной светопрозрачной поверхности купола, что резко снижает освещенность внутреннего двора и, кроме того, не исключает вероятность засыпания снегом и жестких вертикальных ограждений. Кроме того, введение в кровлю жестких вертикальных светопрозрачных ограждений увеличивает общий вес покрытия внутреннего двора, а, следовательно, увеличивает нагрузку на внутренние стеновые ограждения построек строительного комплекса. При этом покрытие снабжено четырьмя центральными опорами и направляющими для скатов, жестко соединенными с центральными опорами покрытия и внутренними стеновыми ограждениями, что ухудшает эстетический вид крытого внутреннего двора комплекса.
Кроме того, общим недостатком вышеописанных куполообразных конструкций кровли со светопроницаемым покрытием является то, что для сохранения светопроницаемости в зимнее время необходимо принимать меры по очистке наружной поверхности куполообразной части кровли от снега. Теоретически решить проблему самоочистки покрытия внутреннего двора от снега можно, например, увеличив угол уклона скатов, как минимум, до 45 градусов, чтобы снег сам сползал с кровли. Однако, в этом случае значительно возрастает высота купола, увеличивается площадь покрытия двора и, кроме того, возрастает нагрузка на внутренние стеновые ограждения построек комплекса из-за увеличения веса направляющих для эластичного светопрозрачного покрытия кровли.
Недостаточная инсоляция внутреннего двора из-за засыпанного снегом покрытия сказывается отрицательно не только на состояние самочувствия людей, но создает неблагоприятные условия для растений зимнего сада.
В результате выполненного патентного поиска выявлены технические решения, обеспечивающие возможность освобождения от снега куполообразной поверхности надувных конструкций.
Известно устройство удаления снега с надувной конструкции, используемое при осуществлении соответствующего способа. Устройство содержит полотнище, уложенное вдоль защищаемой поверхности конструкции симметрично его вертикальной оси. Свисающие концы полотнища тросами также симметрично закреплены на одном уровне с основанием конструкции с возможностью изменения натяжения тросов. Стряхивание снега с поверхности конструкции осуществляют следующим образом. С одной из сторон полотнища ослабляют натяжение тросов, а с другой стороны полотнища натяжение тросов увеличивают. Затем в конструкции увеличивают давление воздуха, полотнище сползает в сторону тросов с увеличенным натяжением, увлекая за собой снег (СССР, авторское свидетельство №1604984, Е04Н 15/20, 07.11.90.)
Известно устройство для защиты пневматических сооружений от метеорологических воздействий, которое содержит полотнище, уложенное на защищаемую поверхность сооружения. К свисающим вниз противоположным кромкам полотнища прикреплены эластичные оттяжки. Вторые концы оттяжек соединены с соответствующими приводными барабанами лебедок, расположенных по обе стороны выше указанных кромок полотнища. Приводные барабаны выполняют одновременно функцию опоры полотнища. Для сброса снега включают привод одной из лебедок, эластичные оттяжки с этой стороны наматываются на барабан лебедки и смещают полотнище в сторон вниз. Снег сползает с купола сооружения вниз.
Анализ выявленных в результате патентного поиска устройств для освобождения от снега купольных поверхностей показал, что выявленные устройства могут быть использованы только для удаления снега с протяженных поверхностей с вертикальным сечением в виде симметричной овальной арки. Гипотетическое использования известных устройств для сбрасывания снега с покрытия для замкнутого внутреннего двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса нецелесообразно, так как в результате снижается площадь светопрозрачного покрытия из-за необходимости наложение на покрытие полотнища. Кроме того, учитывая большие размеры покрытия внутреннего двора, использование известных устройств для стряхивания снега в принципе нецелесообразно.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что существует проблема самоочистки от снега кровли со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса.
Предлагаемая кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, при осуществлении решает проблему самоочистки светопрозрачной поверхности покрытия кровли от снега.
Кроме того, предлагаемая кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, при осуществлении обеспечивает достижение технического результата: улучшение освещенности внутреннего пространства двора в зимнее время года за счет самоочистки светопрозрачного покрытия от снега; обеспечение требуемой инсоляции для людей и растений в зимнем саду двора в зимнее время года; экономия питьевой воды для полива растений в зимнем саду за счет возможности утилизации осадков как в виде снега, так и в виде дождя; улучшение эстетического вида внутреннего двора.
Кроме того, предлагаемая кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, при осуществлении обеспечивает достижение дополнительного технического результата: возможность изменения формы кровли, без изменения внутренних размеров двора.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в предлагаемой кровле со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, новым является то, что кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры, ограниченной кривой (далее - образующая фигура), вокруг вертикальной оси, лежащей с образующей фигурой в одной плоскости, но не пересекающей ее, причем вертикальная ось вращения образующей фигуры совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, при этом образующая фигура ограничена со стороны поверхности внутреннего двора виртуальной горизонтальной плоскостью, опирающейся на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора, при этом форма образующей фигуры обеспечивает возможность формирования периферийных и внутренних скатов кровли с уклоном от 40 до 90° относительно горизонтального уровня, при этом периферийные края поверхности тела вращения являются периферийными краями скатов кровли, которые по периметру опираются на обращенные внутрь замкнутого двора стеновые ограждения строительного комплекса и соединены с ними герметично, а внутренние края поверхности тела вращения, обращенные к центру двора, образуют внутренние края скатов кровли, которые продолжены с образованием воронки с сохранением уклона в диапазоне от 40 до 90° относительно горизонтального уровня, опираются на поверхность грунта в центре внутреннего двора симметрично относительно вертикальной оси симметрии пространства внутреннего двора и на заданном расстоянии от этой оси, с возможностью герметичного соединения с водосборником, который размещен ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора.
Кроме того: кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуокружности; кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме треугольника, основание которого лежит в горизонтальной плоскости на уровне внутренних стеновых ограждений, а вершина обращена вверх; кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуэллипса; внутренние края скатов кровли опираются на выполненную полой и герметичной вертикальную центральную опору, вертикальная ось которой совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, и герметично соединены по периметру с ее верхним концом, при этом нижний конец опоры опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора, с возможностью герметичного соединения с водосборником; водосборник соединен с устройством очистки воды и снабжен перекачивающим насосом, установленным с возможностью подачи воды в верхнюю часть водосборника; кровля выполнена воздухоопорной, при этом светопрозрачное покрытие выполнено в виде эластичных светопрозрачных полых внутри мембран, выполненных с возможностью подключения к индивидуальными средствами поддува воздуха; кровля выполнена каркасной; каркас кровли выполнен в виде направляющих, которые в зоне взаимодействия с покрытием конгруэнтны внутренней форме тела вращения и периферийными концами по периметру кровли опираются на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора, а концами, обращенными к центру двора, опираются на поверхность грунта в центре внутреннего двора, симметрично относительно вертикальной оси симметрии внутреннего пространства двора и на расстоянии от нее; каркас кровли выполнен в виде направляющих, которые в зоне взаимодействия с покрытием конгруэнтны внутренней форме тела вращения и периферийными концами по периметру кровли опираются на обращенные внутрь замкнутого двора стеновые ограждения строительного комплекса, а концами, обращенными к центру двора, опираются на выполненную полой и герметичной вертикальную центральную опору, вертикальная ось которой совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, и соединены по периметру с ее верхним концом, при этом края скатов кровли, обращенные к центру двора, герметично соединены по периметру с верхним концом опоры, нижний конец которой опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора, с возможностью герметичного соединения с водосборником; покрытие кровли выполнено с переменной прозрачностью.
Существенные признаки изобретения, изложенные в ограничительной части формулы изобретения: «Кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса,...» -являются неотъемлемой частью заявленного устройства и обеспечивают его осуществление, а, следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.
Решение выявленной технической проблемы и осуществление заявленного технического результата достигают следующим образом.
В заявленном изобретении кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры, ограниченной кривой (далее - образующая фигура), вокруг вертикальной оси, лежащей с образующей фигурой в одной плоскости, но не пересекающей ее. Формирование поверхности предлагаемой кровли хорошо поясняется на примере формирования поверхности тора (фиг. 7; https://ok-t.ru/mydocxru/baza3/152917040686.files/image160.jpg). Для предлагаемого изобретения кровля имеет форму наружной поверхности верхней части тела вращения в виде тора, которая образована в результате сечения поверхности тора горизонтальной плоскостью, проходящей через радиус образующей окружности и опирающейся на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора. В этом случае образующая фигура - полуокружность. В предлагаемом изобретении форма образующей фигуры может быть любой, обеспечивающей возможность формирования периферийных и внутренних скатов кровли с уклоном от 40 до 90° относительно горизонтального уровня.
Поскольку в заявленном изобретении кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры, ограниченной замкнутой кривой (далее - образующая фигура), это обеспечивает возможность придания плоскости образующей фигуры определенной формы и требуемых геометрических размеров. Поскольку ось вращения образующей фигуры совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, то это обеспечивает вертикальное положение образующей фигуры при вращении, что, в свою очередь, обеспечивает симметрию кровли относительно оси симметрии внутреннего пространства двора, и, кроме того, вертикальный размер фигуры обеспечивает требуемую высоту кровли.
При этом поверхность тела вращения, образуемая в результате вращения образующей плоскости вокруг вертикальной оси, лежащей с образующей фигурой в одной плоскости, но не пересекающей ее, имеет в центре осевое отверстие. В результате поверхность тела вращения, полученная в соответствии с заявленной формулой изобретения, имеет периферийные края и внутренние края, обращенные к центру двора. При этом периферийные края поверхности тела вращения являются периферийными краями скатов кровли, а внутренние края поверхности тела вращения, обращенные к центру двора, образуют внутренние края скатов кровли. Таким образом, заявленная кровля имеет периферийные скаты и скаты, обращенные внутрь замкнутого двора, т.е. выполнена двускатной, симметричной относительно вертикальной оси симметрии пространства внутреннего двора. При этом поскольку образующая фигура ограничена со стороны поверхности внутреннего двора виртуальной горизонтальной плоскостью, опирающейся на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора, то поверхность вращения формируют на уровне стеновых ограждений, что привязывает геометрические размеры формируемой поверхности вращения к размерам внутреннего двора.
При этом периферийные края поверхности тела вращения, периферийными краями скатов кровли по периметру опираются на обращенные внутрь замкнутого двора стеновые ограждения строительного комплекса и соединены с ними герметично. Внутренние края поверхности тела вращения, обращенные к центру двора, внутренние края скатов кровли, продолжены с образованием воронки и опираются на поверхность грунта в центре внутреннего двора симметрично относительно вертикальной оси симметрии пространства внутреннего двора и на расстоянии от нее, с возможностью герметичного соединения с водосборником, который размещен ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора. В результате формируется вертикальный канал для приема атмосферных осадков.
Кроме того, края скатов кровли, обращенные к центру двора, могут опираться на поверхность грунта в центре внутреннего двора посредством полой и герметичной вертикальной центральной опоры, вертикальная ось которой совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, а нижний конец опоры опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора, с возможностью герметичного соединения с водосборником. В этом случае края скатов герметично соединены по периметру с верхним концом опоры.
Из вышеизложенного следует, что герметичность соединения с пространством внутреннего двора скатов кровли обеспечивается как на уровне обращенных внутрь замкнутого двора стеновых ограждений строительного комплекса, так и ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора. В результате обеспечивается герметичность соединения всей кровли со светопрозрачным покрытием с пространством внутреннего двора, что обеспечивает возможность создания своего микроклимата и комфортных условий внутри замкнутого двора в любое время года.
Известно, что самым распространенным способом самоочистки поверхности покрытия кровли от снега является достижение сползания снега под собственным весом путем варьирования величиной угла наклона скатов крыши относительно горизонтального уровня. Известно также, что угол наклона скатов крыши, который составляет 40-45°, уже обеспечивает самостоятельный сход снега с поверхности кровельного материала (http://beton-stroyka.ru/kiysha/kakoy-dolzhne-byt-ugol-naklona-kryshi-chtoby-ne-skaplivalsya-sneg.html; https://krovlyakrishi.ru/obsliizhivanie/ochistka-ot-snega/ugol-kryshi-dlya-sxoda-snega.html).
В заявленном изобретении форма образующей фигуры обеспечивает возможность получения кровли с формой, у которой периферийные и внутренние скаты имеют уклон от 40 до 90° относительно горизонтального уровня. Кроме того, внутренние края скатов кровли продолжены с образованием воронки до поверхности грунта в центре внутреннего двора с сохранением уклона в диапазоне от 40 до 90° относительно горизонтального уровня. В результате, предлагаемая форма кровли обеспечивает возможность сползания со светопрозрачного покрытия кровли снега под собственным весом, как на периферийных, так и на внутренних скатах кровли.
При этом, поскольку форма поверхности кровли образуется при вращении плоской фигуры, ограниченной кривой, (далее - образующая фигура) вокруг вертикальной оси, лежащей с образующей фигурой в одной плоскости, но не пересекающей ее, то скаты, обращенные внутрь замкнутого двора, расположены симметрично относительно вертикальной оси симметрии внутреннего пространства двора и на расстоянии от нее, т.е. полученная форма кровли имеет в центре вертикальный канал для приема осадков, как в виде снега, так и в виде дождя, причем ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора, поскольку внутренние края скатов кровли герметично соединены с водосборником, который размещен ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора.
Соединение водосборника с устройством очистки воды обеспечивает возможность очистки осадков и дальнейшую их утилизацию.
Кроме того, благодаря тому, что водосборник снабжен перекачивающим насосом, установленным с возможностью подачи воды в верхнюю часть водосборника, стимулируется и ускоряется таяние снега, скапливающегося в верхней части водосборника, что обеспечивает возможность и повышает эффективность утилизации атмосферных осадков в виде снега. Установка водосборника ниже нулевого уровня поверхности двора обеспечивает незамерзание в нем воды за счет отбора ею тепла из грунта внутреннего двора, окружающего водосборник.
2
3
Наличие в водосборнике перекачивающего насоса и возможность очистки собранных атмосферных осадков обеспечивают возможность использования утилизованных атмосферных осадков в хозяйственных целях, в том числе, для полива зимнего сада. В итоге обеспечивается экономия питьевой воды. Возможность утилизации осадков, как в виде снега, так и в виде дождя, как показали расчеты для зимнего сада с площадью кровли 6000 м, позволяют сэкономить в течение года питьевой воды до 1450 м.
В предлагаемом изобретении кровля может быть выполнена с формой поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуокружности, радиус которой является высотой кровли. Образующая фигура - полуокружность ограничена со стороны поверхности внутреннего двора виртуальной горизонтальной плоскостью, опирающейся на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора, в плоскости которой лежит диаметр полуокружности.
Рассчитаем высоту зоны светопрозрачного покрытия кровли, в которой обеспечиваются условия для самостоятельного сползания снега. При выполнении образующей фигуры в форме полуокружности, угол уклона скатов кровли - это угол наклона касательной к боковой поверхности образующей фигуры - полуокружности относительно горизонтального уровня.
Расчет поясняет фиг. 4, на которой изображена форма поверхности кровли, образованная в соответствии с заявленной формулой изобретения вращением образующей фигуры в форме полуокружности. В этом случае высотой кровли является радиус полуокружности.
На дуге, например, правого прямоугольного сектора образующей полуокружности находим точку, в которой угол наклона касательной к горизонтальному уровню равен 45°, для чего проводим из вершины прямого угла С биссектрису до пересечения с дугой образующей окружности (точка В).
Проводим в этой точке касательную к дуге образующей окружности (к боковой поверхности тела вращения) до пересечения с горизонтальной плоскостью, проходящей через радиус образующей окружности. Из образованного треугольника ABC видно, что угол ВАС наклона касательной к боковой поверхности кровли в выбранной точке В составляет 45°, что подтверждает правильность предыдущих действий. Таким образом, самостоятельный сход снега с поверхности светопрозрачного покрытия кровли обеспечивается, начиная с точки В.
Определяем высоту кровли, соответствующую точке В, в которой угол наклона касательной к плоскости сечения равен 45°. Строим проекцию точки В, на высоту кровли (на вертикальный радиус полуокружности). Получаем прямоугольный треугольник СВК, в котором гипотенуза - это радиус г образующей окружности, а углы, прилегающие к гипотенузе, равны по 45°.
Вычисляет длину катета КС, т.е. высоту кровли, соответствующую точке В, в которой угол наклона касательной к плоскости сечения равен 45°:
h = r х sin 45° = 0,707 г.
Таким образом, относительно верхнего уровня внутренних стеновых ограждений внутреннего пространства двора, высота уверенно незасыпаемой снегом зоны светопрозрачного покрытия составляет 0,707 от величины радиуса г образующей окружности, т.е. 0,707 от высоты кровли.
Таким образом, при выполнении кровли с формой поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуокружности, кровля имеет уклон скатов, плавно изменяющийся от 0 до 45°, начиная с наивысшей точки покрытия, и далее изменяется от 45 до 90°. При этом высота уверенно незасыпаемой снегом зоны светопрозрачного покрытия составляет 0,707 от высоты кровли.
В заявленном изобретении кровля может иметь форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуэллипса, являющегося образующей фигурой, ограниченной со стороны поверхности внутреннего двора виртуальной горизонтальной плоскостью, опирающейся на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора, в плоскости которой лежит малая или большая ось эллипса, а высотой кровли является соответственно половина длины большой или малой оси эллипса, в зависимости от того по какой оси выполнено сечение эллипса.
Рассчитаем высоту зоны светопрозрачного покрытия кровли, в которой обеспечиваются условия для самостоятельного сползания снега с образующей фигурой в форме полуэллипса.
Эллипс описывается математическим уравнением в параметрической форме: х=a sint, у=b cost или х=a cost, у=b sint, где х, у - текущие координаты, t - соответствующий им угол, а - половина длины большой оси эллипса, b - половина длины малой оси эллипса (Проф. А.Ф. Астафьев «Инженерная справочная книга», М., 1937 г., с. 22).
При выполнении кровли в форме поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуэллипса, высота кровли равна половине длины малой оси эллипса, если образующая фигура представляет собой полуэллипс, полученный сечением по большой оси, или равна половине малой оси, если образующая фигура представляет собой полуэллипс, полученный сечением по малой оси эллипса.
Поскольку оптимальный угол уклона скатов кровли составляет 45°, то sint=cost=0,707. Тогда: х=0,707а, у=0,707b.
Таким образом, при выполнении кровли в форме поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуэллипса при угле уклона кровли 45°, высота уверенно незасыпаемой снегом зоны светопрозрачного покрытия относительно верхнего уровня внутренних стеновых ограждений внутреннего пространства двора, так же, как и для полуокружности, составляет 0,707 от высоты кровли, т.е. 0,707 от половины длины большой или малой оси эллипса. Однако, в отличие от использования образующей фигуры в форме полуокружности, при использовании в качестве образующей фигуры полуэллипса площадь светопрозрачного покрытия кровли можно регулировать увеличивая ее высоту, т.е. увеличивая соответствующую полуось полуэллипса, поскольку, в отличие от полуокружности, изменение длины малой полуоси не приводит к изменению длины большой полуоси и наоборот. В обоих случаях кровля вытягивается вверх, что увеличивает площадь светопрозрачного покрытия.
В заявленном изобретении кровля может иметь форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме треугольника, основание которого лежит в виртуальной горизонтальной плоскости на уровне внутренних стеновых ограждений, а вершина обращена вверх. В этом случае угол уклона скатов покрытия обеспечивают выбором внутренних углов треугольника. При этом оптимальными могут быть варианты: угол уклона периферийных скатов составляет 90°, угол уклона скатов, обращенных внутрь двора, составляет 45°;
угол уклона периферийных скатов составляет 45°, угол уклона скатов, обращенных внутрь двора, составляет 45°;
угол уклона периферийных скатов составляет 45°, угол уклона скатов, обращенных внутрь двора, составляет 90°.
Описанные выше формы выполнения кровли являются оптимальными. На практике форма образующей фигуры может быть любой, обеспечивающей возможность формирования периферийных и внутренних скатов кровли с уклоном от 40 до 90° относительно горизонтального уровня. Например, фигура может быть составной: четверть окружности и четверть эллипса, одна из осей которого совпадет с радиусом окружности и является высотой кровли; по аналогии - четверть окружности и треугольник; четверть эллипса и треугольник и т.п.
Выполнение кровли воздухоопорной, при этом светопрозрачное покрытие выполнено в виде эластичных светопрозрачных полых внутри мембран, выполненных с возможностью подключения к индивидуальными средствами поддува воздуха, позволяет фиксировать полученную форму кровли путем организации поддува воздуха внутри двора.
Другой предлагаемый вариант фиксации формы кровли - это выполнение кровли каркасной. При этом каркас кровли выполняют в виде направляющих, которые в зоне взаимодействия с светопрозрачным покрытием конгруэнтны внутренней поверхности тела вращения, что обеспечивает возможность формирования кровли с формой поверхности тела вращения, образуемого при вращении выбранной образующей фигуры.
Поскольку направляющие в зоне взаимодействия с светопрозрачным покрытием конгруэнтны внутренней поверхности тела вращения, при этом периферийными концами по периметру кровли направляющие опираются на стеновые ограждения строительного комплекса, обращенные внутрь замкнутого двора, а концами, обращенными к центру двора, опираются на поверхность грунта в центре внутреннего двора симметрично относительно вертикальной оси симметрии внутреннего пространства двора, то выполняются условия для формирования в центре кровли воронки и вертикального канала для приема осадков, как в виде снега, так и в виде дождя, причем ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора.
Кроме того, направляющие каркаса концами, обращенными к центру двора, могут опираться на грунт посредством центральной вертикальной опоры, для чего направляющие соединены по периметру с ее верхним концом опоры. Поскольку вертикальная ось центральной опоры совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, а нижний конец опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора, с возможностью герметичного соединения с водосборником, при этом края скатов кровли, обращенные к центру двора, герметично соединены по периметру с верхним концом опоры, сохраняются условия для формирования в центре кровли воронки и вертикального канала для приема осадков, как в виде снега, так и в виде дождя, также ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора.
Кроме того, благодаря тому, что форма образующей фигуры обеспечивает возможность формирования периферийных и внутренних скатов кровли с уклоном от 40 до 90° относительно горизонтального уровня, т.е. формирует условия для самопроизвольного скатывания снега со светопрозрачного покрытия кровли, то светопрозрачное покрытие кровли может выполнено с переменной прозрачностью. В оптимальном варианте зоны светопрозрачного покрытия на скатах кровли с углом уклона скатов больше или равными 40°, т.е. в зонах уверенного самопроизвольного сползания снега, могут быть выполнены с коэффициентом прозрачности выше коэффициента прозрачности основного светопрозрачного покрытия. В результате повышается освещенность внутреннего пространства двора в зимнее время года. Кроме того, в общем случае, возможность выполнения покрытия кровли с переменной прозрачностью позволяет организовать внутри пространства двора специально затененные зоны, что актуально в летний период года. В результате сохраняется комфортная освещенность двора в любое время года.
Кроме того, предлагаемое выполнение кровли позволяет минимизировать число опор для кровли внутри двора до одной центральной опоры или вообще отказаться от нее. В результате улучшается эстетический вид внутреннего двора, освобождается пространство для организации быта людей, повышается комфортность условий для отдыха.
Таким образом из вышеизложенного следует, что предлагаемая кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, при осуществлении решает проблему самоочистки светопрозрачной поверхности покрытия от снега.
Кроме того, предлагаемая кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, при осуществлении обеспечивает достижение технического результата: улучшение освещенности внутреннего пространства двора в зимнее время года за счет самоочистки светопрозрачного покрытия от снега; обеспечение требуемой инсоляции для людей и растений в зимнем саду двора в зимнее время года; экономия питьевой воды для полива растений в зимнем саду за счет возможности утилизации осадков как в виде снега, так и в виде дождя; улучшение эстетического вида внутреннего двора.
Кроме того, предлагаемая кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, при осуществлении обеспечивает достижение дополнительного технического результата: возможность изменения формы кровли, без изменения внутренних размеров двора. Это достигается благодаря тому, что кровля имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры, ограниченной кривой, вокруг вертикальной оси, лежащей с образующей фигурой в одной плоскости, но не пересекающей ее, причем вертикальная ось вращения образующей фигуры совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора. В результате, форма кровли находится в прямой зависимости от формы плоской фигуры, ограниченной кривой. В заявленном изобретение фигура может быть ограничена кривой в форме полуокружности, полуэллипса, треугольника, а в принципе образующая фигура может иметь любую форму, которая обеспечивает возможность формирования периферийных и внутренних скатов кровли с уклоном от 40 до 90° относительно горизонтального уровня.
На фиг. 1 изображена кровля со светопрозрачным покрытием для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, выполненная каркасной, вертикальный разрез, вид спереди; на фиг. 2 - заявленная кровля, выполненная воздухоопорной, вертикальный разрез, вид спереди; на фиг. 3 - заявленная кровля, выполненная воздухоопорной, в которой внутренние края скатов кровли опираются на вертикальную центральную опору, вертикальный разрез, вид спереди; на фиг. 4 - чертеж, поясняющий расчет высоты кровли, незасыпаемой снегом, для образующей фигуры в форме полуокружности; на фиг. 5 - внутренний вид пространства замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, вертикальный разрез кровли с каркасным выполнением, направляющие опираются на грунт посредством центральной опоры; на фиг. 6 - внутренний вид пространства замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями строительного комплекса, направляющие опираются с образованием воронки на поверхность грунта в центре внутреннего двора симметрично относительно вертикальной оси симметрии пространства внутреннего двора и на заданном расстоянии от этой оси, с возможностью герметичного соединения с водосборником, который размещен ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора; на фиг. 7 - фигура, поясняющая формирование поверхности кровли на примере формирования верхней части поверхности тора с образующей фигурой полуокружность.
Кровля 1 со светопрозрачным покрытием 2 для замкнутого двора, образованного внутренними стеновыми ограждениями 3 строительного комплекса 4, имеет форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры, ограниченной замкнутой кривой (далее -образующая фигура 5, фиг. 4), вокруг вертикальной оси, лежащей с образующей фигурой в одной плоскости, но не пересекающей ее. Вертикальная ось вращения образующей фигуры совпадает с вертикальной осью 6 симметрии пространства внутреннего двора. Образующая фигура 5 ограничена со стороны поверхности внутреннего двора виртуальной горизонтальной плоскостью, опирающейся на стеновые ограждения 3 строительного комплекса 4, обращенные внутрь замкнутого двора. Форма образующей фигуры 5 обеспечивает возможность формирования периферийных и внутренних скатов кровли с уклоном от 40 до 90° относительно горизонтального уровня. Периферийные края поверхности тела вращения являются периферийными краями скатов 7 кровли, которые по периметру опираются на обращенные внутрь замкнутого двора стеновые ограждения 3 строительного комплекса 4 и соединены с ними герметично. Внутренние края поверхности тела вращения, обращенные к центру двора, образуют внутренние края 8 скатов кровли, которые продолжены с образованием воронки с сохранением уклона в диапазоне от 40 до 90° относительно горизонтального уровня, опираются на поверхность грунта в центре внутреннего двора симметрично относительно вертикальной оси симметрии 6 пространства внутреннего двора и на расстоянии от нее, с возможностью герметичного соединения с водосборником 9, который размещен ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора.
Водосборник 9 соединен с устройством очистки воды (не показано) и снабжен перекачивающим насосом 10, установленным с возможностью подачи воды в верхнюю часть водосборника 9.
Кровля может иметь форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуокружности (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4).
Кровля может иметь форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме треугольника, основание которого лежит в виртуальной горизонтальной плоскости на уровне внутренних стеновых ограждений, а вершина обращена вверх (на фиг. не показано).
Кровля может иметь форму поверхности тела вращения, образуемого при вращении плоской фигуры в форме полуэллипса (фиг. 1, фиг. 5, фиг. 6).
Внутренние края 8 скатов кровли могут опираться на выполненную полой и герметичной вертикальную центральную опору И (фиг. 3). Вертикальная ось центральной опоры совпадает с вертикальной осью 6 симметрии пространства внутреннего двора. Внутренние края 8 скатов кровли герметично соединены по периметру с верхним концом центральной опоры 11. Нижний конец опоры 11 опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора, с возможностью герметичного соединения с водосборником 9.
Кровля может быть выполнена воздухоопорной, в которой светопрозрачное покрытие может быть выполнено в виде эластичных светопрозрачных полых внутри мембран, выполненных с возможностью подключения к индивидуальными средствами поддува воздуха. Кроме того, при выполнении кровли воздухоопорной внутренний двор снабжают общим средством поддува воздуха, сообщающимся с внешней средой.
Кровля может быть выполнена каркасной. Каркас кровли может быть выполнен в виде направляющих 11, которые в зоне взаимодействия с покрытием 2 конгруэнтны внутренней форме тела вращения, образующего форму кровли. Направляющие 11 периферийными концами по периметру кровли опираются на стеновые ограждения 3 строительного комплекса 4, а концами, обращенными к центру двора, опираются на поверхность грунта в центре внутреннего двора, симметрично относительно вертикальной оси симметрии 6 внутреннего пространства двора и на расстоянии от нее.
Соединения с поверхностью грунта концов направляющих обращенных к центру двора может быть выполнено посредством выполненной полой и герметичной центральной опоры 12, вертикальная ось которой совпадает с вертикальной осью 6 симметрии пространства внутреннего двора. В этом случае концы направляющих 11, обращенных к центру двора, опираются на вертикальную центральную опору 12 и соединены по периметру с ее верхним концом. При этом края скатов кровли, обращенные к центру двора, герметично соединены по периметру с верхним концом опоры 12, нижний конец которой опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора, с возможностью герметичного соединения с водосборником 9.
Светопрозрачное покрытие кровли может выполнено с переменной прозрачностью. В оптимальном варианте зоны светопрозрачного покрытия на скатах кровли с углом уклона скатов больше или равными 40°, т.е. в зонах уверенного самопроизвольного сползания снега, могут быть выполнены с коэффициентом прозрачности выше коэффициента прозрачности основного светопрозрачного покрытия. В результате повышается освещенность внутреннего пространства двора в зимнее время года.
В общем случае возможность выполнения покрытия кровли с переменной прозрачностью позволяет организовать внутри пространства двора специально затененные зоны, что актуально в летний период года.
Заявленное изобретение осуществляют следующим образом. Предварительно формируют кривую, ограничивающую плоскую фигуру, которая формирует при вращении поверхность тела вращения с требуемой для кровли формой.
Например, для образующей фигуры в виде полуокружности, исходя из заданной ширины внутреннего двора, выбирают радиус образующей полуокружности, который одновременно является высотой покрытия. Строят полуокружность. Со стороны внутреннего края полуокружности, обращенного к центру двора, проводят касательную к полуокружности под углом 45° к горизонтальному уровню. Затем из точки касания плавно продолжают внутренний край полуокружности с образованием воронки 13 с сохранением уклона в диапазоне от 40 до 90° относительно горизонтального уровня на длину, при которой он опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора на заданном расстоянии от вертикальной оси симметрии внутреннего пространства двора и имеет возможность герметичного соединения с водосборником 9, который размещен ниже нулевого уровня поверхности внутреннего двора.
Получение чертежей требуемой формы образующей фигуры и формы поверхности вращения в целом можно автоматизировать, например, используя компьютерные цифровые программы для конструирования.
При выполнении кровли воздухоопорной используют эластичное светопрозрачное покрытие, которому придают форму полученной суммарной кривой, например, термообработкой.
Для удобства сборки эластичное светопрозрачное покрытие может быть разделено, например, радиально на секции. Соединение боковых сторон секций в простейшем случае может быть выполнено, например, следующим образом. Вдоль стыковочных кромок боковых сторон приваривают самозацепляющую ленту, типа ворсовой молнии, таким образом, чтобы сцепляющиеся поверхности при совмещении были направлены навстречу друг другу (чтобы при совмещении они зацеплялись друг за друга). Совмещают внахлест. Снаружи шов герметично закрывают самоклеющейся лентой.
В случае выполнения кровли воздухоопорной сборку кровли с эластичным светопрозрачным покрытием осуществляют на земле. Монтаж выполняют с помощью подъемного крана. Кровлю со светопрозрачным покрытием посекционно герметично соединяют с обращенными внутрь замкнутого двора стеновыми ограждениями строительного комплекса. Затем, также посекционно, герметично соединяют боковые стороны секций и светопрозрачного покрытия. Соединенные между собой и установленные в требуемое положение концы секций кровли, обращенные к центру внутреннего двора, герметично соединяют с водоприемником.
При выполнении кровли воздухоопорной, эластичное светопрозрачное покрытие может быть выполнено в виде эластичных светопрозрачных полых внутри мембран, выполненных с возможностью подключения к индивидуальным средствам поддува воздуха. Обычно индивидуальные средства поддува содержат компрессоры и раздаточные шланги, жестко и герметично соединенные с внутренней полостью соответствующей мембраны.
После герметичного соединения эластичного покрытия на внутренних ограждающих конструкциях строительного комплекса, с помощью индивидуальных средств поддува создают избыточное давление в мембранах скатов. Затем выполняют окончательную установку кровли в исходное состояние поддувом напрямую от компрессора общего средства поддува.
При выполнении кровли каркасной светопрозрачное покрытие может быть как эластичным (мембрана), так и жестким (стекло).
При выполнении кровли каркасной изготавливают направляющие 11, придавая им форму кровли, а именно: направляющие 11 в зоне взаимодействия с светопрозрачным покрытием 2 конгруэнтны внутренней поверхности тела вращения, в данном случае - полуокружности для периферических скатов кровли, и внутренним краям поверхности тела вращения, обращенным к центру двора, которые образуют внутренние края скатов кровли и которые продолжены с образованием воронки с сохранением уклона в диапазоне от 40 до 90° относительно горизонтального уровня.
Направляющие 11 собирают секциями на земле и поднимают краном с дальнейшей установкой по месту, предварительно на них закрепляют светопрозрачное покрытие.
Периферийными концами направляющие 11 по периметру кровли 1 закрепляют на стеновых ограждениях 3 строительного комплекса 4, обращенных внутрь замкнутого двора. Концы направляющих 11, обращенные к центру двора, закрепляют на поверхности грунта в центре внутреннего двора, симметрично относительно вертикальной оси симметрии 6 внутреннего пространства двора и на заданном от оси 6 расстоянии, которое обеспечивает требуемую ширину вертикального канала воронки 13 для эффективного приема атмосферных осадков.
Если покрытие 2 эластичное, то его выкраивают по форме секций направляющих 11. Вдоль стыковочных кромок боковых сторон покрытия 2 приваривают самозацепляющую ленту, типа ворсовой молнии, таким образом, чтобы сцепляющиеся поверхности при совмещении были направлены навстречу друг другу.
Изнутри эластичное покрытие 2 герметично соединяют самоклеющейся лентой с обеими боковыми сторонами направляющих 11.
Нижние концы светопрозрачного покрытия 2 герметично соединяют с водоприемником 9.
В случае использования центральной вертикальной опоры 12, в каркасе кровли 1 направляющие 11 концами, обращенными к центру двора, опираются на верхний конец, выполненной полой и герметичной, вертикальной центральной опоры 12, вертикальная ось которой совпадает с вертикальной осью симметрии пространства внутреннего двора, а нижний конец опирается на поверхность грунта в центре внутреннего двора с возможностью герметичного соединения с водосборником 9.
Отличие от предыдущего варианта только в том, что края скатов 8 кровли 1, обращенные к центру двора, герметично соединены по периметру с верхним концом опоры 12.
Покрытие кровли может быть выполнено из стекла. В этом случае направляющие соединяют между собой ячейками для закрепления в них стеклянных вставок.
При использовании заявленной кровли в зимнее время года формируемый уклон скатов 7, 8 кровли 1 способствует активному скатыванию снега на крышу строений комплекса 4 и в воронку 13, а далее - в водоприемник 9. В результате улучшается инсоляция внутреннего пространства двора, улучшается эстетический вид зимнего сада. Возможность использования атмосферных осадков для бытовых нужд экономит питьевую воду.