БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ПОКРЫТИЕ СТРОИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
LARGE-SPAN SHELL OF BUILDING STRUCTURE (VERSIONS)

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к составным или комбинированным конструкциям покрытий зданий различного назначения, в том числе спортивных и зрелищных, а также рынков, выставочных павильонов, залов для собраний и др.
Широко известны пневматические каркасные элементы и покрытия. В частности известно консольное покрытие, предназначенное для размещения над трибунами стадиона, включающее линзообразную пневмооболочку, опираемую на жесткий опорный контур, прикрепленный к строительным конструкциям, и дополнительный опорный контур, выполненный в виде наполненной газом оболочки, расположенной вдоль линзообразной пневмооболочки и установленной под ней (а.с. SU 670698, кл. E04B 1/345, опубликовано 27.06.1979).
Недостаток аналога состоит в том, что сформированное в основном из газонаполненных элементов покрытие требует дополнительного оборудования, относящегося к системе контроля давления и надува.
В качестве ближайшего аналога для обоих вариантов изобретения выбрано укрытие для самолетов, включающее стеновое ограждение и покрытие из баллонетов, наполненных газом легче воздуха, например гелием, и соединенных удерживающими тросами с несущими элементами укрытия. Покрытие снабжено внутренней и внешней оболочками, а баллонеты выполнены из жесткого материала и заключены между этими оболочками (а.с. SU 853029, кл. E04B 1/345, опубликовано 07.08.1981).
Ближайший аналог выполнен в виде временного укрытия с плоской крышей, а не строительного сооружения, к конструкции которого предъявляются более основательные эксплуатационные требования.
Технический результат предложенного изобретения для обоих его вариантов состоит в повышении эксплуатационных, в частности прочностных, свойств покрытия, а следовательно, его надежности, что достигнуто в предложении благодаря совокупности следующих признаков.
Для всех вариантов выполнения изобретения характерным является то, что большепролетное покрытие строительного сооружения содержит каркас, связанный с расположенной с наружной стороны сооружения защитной пленкой и расположенной с его внутренней стороны тросовой сеткой, при этом между указанными пленкой и сеткой размещены газонаполненные емкости, которые могут быть заполнены воздухом или гелием.
Согласно первому и второму вариантам изобретения каркас включает расположенные на расстоянии друг от друга треугольные фермы, размещенные по обе стороны от тросовой сетки, которая соединена с их верхними концами.
Согласно второму варианту покрытия под тросовой сеткой расположена трубчатая рама, связанная посредством тросов с верхними концами ферм каркаса и подвижно с нижними их балками.
Наличие в покрытии тросовой сетки и каркаса из ферм, к которым крепятся газонаполненные емкости, а также для одного из вариантов изобретения трубчатой рамы позволяет по сравнению с ближайшим аналогом перекрывать протяженные пролеты с большей степенью надежности и прочности.
Емкости для меньших по площади покрытий преимущественно заполнены воздухом, а больших - гелием.
Согласно третьему варианту покрытия каркас выполнен в виде нескольких, преимущественно трех, расположенных друг над другом поясов консольных секций, пространства между которыми заполнены рамами с оконными переплетами.
Консольные секции первого пояса выполнены, преимущественно, из легкого железобетона, при этом их верхние концы соединены между собой стяжкой по всему периметру.
Консольные секции второго пояса выполнены, преимущественно, из стали, а их верхние края соединены между собой общим широким стальным поясом.
Консольные секции третьего пояса выполнены из алюминия или титана.
Верхние края консольных секций второго и третьего поясов соединены тросами с бетонными противовесами, установленными снаружи по периметру покрытия.
Тросовая сетка смонтирована на двух распорных фермах-балках.
Газонаполненные емкости для третьего варианта покрытия могут быть установлены одна над другой, а защитная пленка выполнена в два слоя, между которыми размещены дополнительные газонаполненные емкости в виде матов.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен в вертикальном сечении первый вариант большепролетного покрытия; на фиг.2 - внутренний вид помещения, например стадиона с большепролетным покрытием по фиг.1; на фиг.3 схематично изображен в вертикальном сечении второй вариант большепролетного покрытия; на фиг.4 - внутренний вид большего, чем на фиг.2, помещения с большепролетным покрытием согласно его третьему варианту выполнения; на фиг.5 схематично изображен фрагмент тросовой сетки преимущественно согласно третьему варианту выполнения большепролетного покрытия.
Большепролетное покрытие согласно первому и второму вариантам его выполнения (фиг.1-3) содержит каркас, выполненный в виде ряда расположенных на расстоянии друг от друга треугольных ферм 1, преимущественно выполненных из металла (стали), но для их изготовления может быть использовано дерево, железобетон и другие подходящие материалы. Фермы монтируются на железобетонных плитах 2, перекрывающих коробку здания, состоящую из четырех продольных параллельных и двух поперечных торцевых стен 3, образуя таким образом между собой узкие боковые помещения 4. Фермы 1 крепятся анкерами 5 к плитам 2 и стенам 3 в их верхней части. По верхнему краю ферм 1 натянута тросовая сетка 6, стягивающая верхние края ферм 1 и придающая ему жесткость, образуя несущее основание для установленных на ней емкостей 7, заполненных гелием или воздухом и закрепленных также по верхним краям ферм 1. Данная тросовая сетка 6 способна воспринимать вес осадков, атмосферное давление, ветровые нагрузки и передавать их на стенки ферм 1. Тросовая сетка изготавливается преимущественно из алюминиевых тросов, имеющих внутреннюю стальную проволоку. Эти тросы не подвержены коррозии и способны к восприятию больших вертикальных и горизонтальных нагрузок. Поверх емкостей 7 с целью их защиты от погодных условий и других факторов, негативно на них воздействующих, накрывается защитная пленка 8, которая также связана с фермами 1. Между фермами 1 расположены легкие панели 9, в результате чего окончательно формируется внутреннее большое помещение 10. Внешняя сторона ферм 1 каркаса связана ригелями и прогонами (не показаны), на которые укладывается кровля из шифера, профильного железа или любого другого подходящего для покрытия материала. В зависимости от размеров помещения фермы 1 каркаса могут изготавливать из деревянных брусов или бревен, а также из стальных металлических уголков или труб. Таким образом, фермы 1 каркаса могут выполнять несколько функций: перекрывающую, ограждающую и несущую для натяжной тросовой сетки 6 и надувного купола, образованного емкостями в виде баллонов 7 с натянутой на них защитной пленкой 8.
Форма емкостей позволяет получить куполообразный свод покрытия, который необходим для стока дождевых осадков и сброса снега и гололеда. Это достигается тем, что в центральной части покрытия устанавливают емкости, имеющие большее поперечное сечение, чем емкости, установленные по бокам (фиг.1-3).
Согласно второму варианту изобретения (фиг.3) покрытие также содержит трубчатую металлическую раму 11, которая под тросовой сеткой 6 воздушного покрытия верхней своей частью крепится тросами к верхним краям ферм 1 каркаса, а нижними концами соединяется подвижно тросами с выступающими частями нижних балок 12 ферм 1, которые в свою очередь снизу поддерживаются металлическими консолями 13. К трубчатой раме с нижней ее части крепится легкий подвесной потолок 14, покрытый теплоизоляционным материалом, таким образом перекрывается полностью большое внутреннее помещение 10. Такое выполнение покрытия с подвесным потолком 14 позволяет применять его в больших концертных залах, залах съездов, выставочных залах, крытых рынках, конных манежах и др.
Этот вариант покрытия может использоваться для помещений, предполагаемых к строительству в местах с более низким температурным режимом.
Третий вариант большепролетного покрытия (фиг.4) представляет собой также каркас, выполненный в виде трех расположенных друг над другом поясов консольных секций 15, 16 и 17. Весь каркас опирается на железобетонное основание 18, имеющее круглую (овальную) форму, которое в свою очередь установлено на три ряда стен или колонн 19, выполненных из железобетона и расположенных по концентрическим окружностям или эквидистантным овалам.
Перед установкой консольных секций 15, 16 и 17 на основание 18 укладывают опорные стопы 20 для более надежной фиксации каркаса на основании 18, выполненных из легкого железобетона. Собирается каркас на основании 18 следующим образом. Сначала на опорные стопы 20 устанавливаются наклонные консольные секции 15, выполненные из легкого железобетона, пространства между которыми заполняются железобетонными панелями 21 с металлическими оконными переплетами (не показаны). После этого верхние концы консолей 15 стягиваются между собой по всему периметру металлической стяжкой 22. На образованный первый пояс консолей 15 устанавливается второй пояс консолей 16, выполненный из стальных секций, пространство между которыми заполняется металлическими рамами 23 с оконными переплетами, при этом верхние концы консолей 16 соединяются между собой по всему периметру общим широким стальным поясом 24. После этого на образованный второй пояс консолей 16 устанавливается третий верхний пояс консолей 17, образованный из алюминиевых или титановых секций 25, которые монтируются так же как и второй пояс консолей 16. Верхний край смонтированного каркаса, имеющего продолговатую овальную форму, стягивают алюминиевым или титановым поясом 26, при этом концы консольных секций 16, совпадающие с основанием консольных секций 17, а также верхние концы консольных секций 17 связываются металлическими тросами 27 с бетонными противовесами 28, расположенными по периметру основания 18 с внешней стороны каркаса. Это необходимо для усиления жесткости и устойчивости каркаса.
Поперек образованного верхними краями каркаса круга (овала) установлены две распорные поперечные фермы-балки 29, служащие основанием для расположения и закрепления тросовой сетки 6, связанной с верхними продольными концами каркаса и состоящей из трех секций: тросовой сетки 30 (фиг.5), наложенной на нее более мелкой металлической сетки (решетки) 31 и сверху покрытой легкими металлическими листами 32.
На тросовой сетке 6 установлены одна над другой мягкие (полимерные) или жесткие (металлические) емкости в виде баллонов 7, заполненные гелием и размещенные в каркасных секциях (не показаны), собранных из алюминиевых элементов, таким образом образуя купол с пологими сторонами, покрытый защитной металлизированной пленкой 8 и обтянутый сверху гибкими металлическими лентами или тросами (не показаны). С целью защиты емкостей в виде баллонов 7 от механических и иных воздействий защитная пленка 8 может быть выполнена из двух слоев, между которыми размещены дополнительные газонаполненные емкости, выполненные в виде матов 33.
Таким образом, готовое покрытие в силу того, что гелий легче воздуха, способно поддерживать себя самостоятельно в воздушной среде. Поскольку данная конструкция представленных вариантов большепролетных покрытий легче воздуха, то решается значительный ряд проблем, которые невозможно решить, используя традиционные материалы и конструкции при перекрытии больших пролетов. Купольная часть покрытия стадиона, состоящая из тросовой сетки 6 и гелиевых самоподдерживающихся в воздушной среде емкостей в виде баллонов 7, составляет самую безопасную часть покрытия, т.к. они вместе обладают высокой сопротивляемостью к разрушению и возгоранию. Сетчатая конструкция также выполнена таким образом, что даже при разрыве отдельных своих клеток она остается неразрушимой. Эти свойства особенно необходимы для стадионов и других объектов массового посещения.
В каркасе покрытия дополнительно образованы вентиляционные люки. На сетчатом основании в виде тросовой сетки 6, кроме заполненных гелием баллонов 7, размещают воздушные насосы, шланги и другое оборудование, необходимое для эксплуатации покрытия. В сетчатом основании в определенном порядке образованы также небольшие отверстия, закрытые крышками. Стенки каждого из этих отверстий соединены с тросами, несущими люльку, предназначенную для выполнения ремонтных работ. Таким образом отпадает необходимость устройства внутренних лесов для выполнения ремонтных работ на большой высоте.
Все конструкции и материалы большепролетного покрытия изготавливаются заводским способом и доставляются на объект в готовом виде. Для монтажа комбинационного покрытия требуется два башенных крана, один из которых устанавливается с наружной стороны стадионного здания, а другой - внутри, на поле. Для монтажа тросовой сетки 6 и газонаполненных емкостей в виде баллонов 7 потребуется, возможно, вертолет.