АРОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ АНГАРА

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к покрытиям зданий и сооружений, и может быть использовано при строительстве большепролетных покрытий, в частности ангаров.
Известна арочная ферма по авторскому свидетельству СССР №102577, кл. 37 В 3/01, заявлена в 1954 г., образованная по двухшарнирной, один раз статически непреодолимой схеме, узлы фермы соединены односторонними связями, вследствие чего при возникновении в каком-либо поясном стержне усилие того знака, на который работа его невозможна, он выключается из работы, образуя третий шарнир, а арочная ферма превращается при этом из двухшарнирной в трехшарнирную, что обеспечивает дальнейшую устойчивость фермы и работу остальных стержней на усилия заданного знака.
Конструкция данной арочной фермы не позволяет регулировать конструктивную высоту строящегося большепролетного покрытия ангара, является материалоемкой и затратной при сборке и монтаже.
Известна арка каркаса большепролетного сооружения по патенту Российской Федерации №59653, Кл. Е04В 1/32, 2006 г., выполненная из состыкованных между собой модулей, каждая из которых содержит три ряда параллельно расположенных гнутых труб, соединенных посредством трехлучевых симметричных распорок, обращенных одним лучом вниз; между верхними лучами распорок выполнены посадочные места для приема средств крепления покрытия сооружения; соответствующие трубы соседних модулей соединены между собой посредством стыковых узлов.
Однако, имея достаточно малый вес и выполненная удобной для транспортировки к месту монтажа, данная арка неудобна и трудоемка при сборке на месте сооружения большепролетного здания.
Известно покрытие ангара по патенту Российской Федерации №2018597, кл. Е04В 7/14, 1994 г., принятое заявителем за прототип. Он включает поперечную несущую конструкцию, опирающуюся на пилоны, и продольные балки, опирающиеся на торцевую стенку и поддерживаемые в пролете главной несущей конструкцией, главная поперечная несущая конструкция располагается на расстоянии ¼-1/5 глубины ангара от его ворот и выполняется в виде висячего моста, состоящего из двух спаренных кабелей, соединяющих вершины пилонов, и подвешенной к кабелям балки жесткости из двух коробчатых оболочек, соединенных между собой коробчатыми распорками, являющимися продолжением продольных балок, а габариты поперечных сечений коробчатых балок, распорок и продольных балок одинаковы между собой, балка жесткости висячего моста имеет ломаное очертание, соответствующее профилю размещенных в ангаре самолетов.
Однако, при заложенной надежности покрытия, его относительно невысокой трудоемкости строительства и невысоких эксплуатационных расходах, покрытие имеет большие габаритные размеры секций, большую конструктивную высоту, создающие при эксплуатации в зимнее время «снежные мешки», которые в свою очередь создают дополнительные непредсказуемые нагрузки и, как следствие, повышающие материалоемкость.
Кроме того, известно, что для значительной части большепролетных покрытий ангаров основной нагрузкой является собственная масса несущих и ограждающих конструкций и снеговая нагрузка. Поэтому снижение собственной массы конструкции большепролетных покрытий ангара уменьшает усилия в ее элементах и, как следствие, материалоемкость, что в свою очередь снижает нагрузку от ее веса и дополнительно уменьшает материалоемкость.
Технической задачей изобретения является уменьшение конструктивной высоты большепролетного покрытия ангара, снижение ее материалоемкости, ликвидация «снежных мешков», снижение трудозатрат, материальных затрат при сборке и монтаже покрытия ангара, снижение габаритных размеров секций покрытия, улучшение транспортабельности, уменьшение высоты отапливаемого помещения ангара, полезно эксплуатировать объемы и как следствие, снижения эксплуатационных затрат.
С помощью вариации величины предварительного напряжения в нижнем поясе большепролетного покрытия ангара, решается задача оптимального соотношения между долей распора, передаваемого через колонны на фундаменты, и его частью, обеспечиваемой предварительным напряжением нижнего пояса большепролетного покрытия ангара. Таким образом, в предлагаемой конструкции большепролетного покрытия ангара максимальное число элементов покрытия ангара работает на растяжение, что приводит к экономии металла и обеспечивает рациональные условия использования высокопрочных сталей и канатов
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении большепролетное покрытие ангара снабжено несущими опорными узлами, а каждая ферма снабжена несущими канатами, которые размещены в нижнем поясе фермы, каждая пара проектных фундаментов под колонны снабжена системой несущих канатов, которые размещены ниже конструкции пола, причем одни несущие опорные узлы выполнены по внешнему контуру каждой колонны и предназначены для закрепления несущих канатов, которые размещены в нижнем поясе каждой фермы, другие несущие опорные узлы выполнены по внешнему контуру каждой пары проектных фундаментов под колонны и предназначены для закрепления системы несущих канатов, которые размещены ниже конструкции пола, одна половина колонн выполнена подвижной, а другая половина колонн выполнена неподвижной.
Кроме того, каждая неподвижная колонна установлена на шарнире, а каждая подвижная колонна размещена на подвижной опоре-тележке.
Кроме того, нижний пояс каждой фермы снабжен подвижными элементами, которые предназначены для изменения длины нижнего пояса фермы, раскосы размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и выполнены переменной длины, причем длину раскосов фермы изменяют пропорционально ординатам эпюры изгибающих моментов от действия внешних нагрузок, построенной в балке такого же пролета, что и каждая ферма.
Кроме того, подвижные элементы нижнего пояса каждой фермы выполнены пустотелыми прямоугольного или круглого сечения, в части пустот размещены несущие канаты, а части пустот элементов, которые работают на сжатие, заполнены или раствором, или бетоном, а верхний пояс каждой фермы выполнен из элементов или прямоугольного коробчатого, или цилиндрического сечения.
Кроме того, нижний пояс каждой фермы выполнен или из двух ниток подвижных элементов, или из трех ниток подвижных элементов.
На фиг.1 изображена арка, выполненная в виде фермы, большепролетного покрытия ангара в сборе, момент монтажа;
на фиг.2 изображено соединение ферм покрытия между собой поперечной несущей конструкцией;
на фиг.3 - узел I на фиг.1 подвижный узел нижнего пояса фермы, выполненный в виде прямоугольного или круглого сечения;
на фиг.4 - варианты сечений элементов верхнего пояса фермы и раскосов;
на фиг.5 - варианты сечений элементов нижнего пояса;
Элементы конструкции арочных покрытий ангаров изготавливают в заводских условиях, типовых габаритных размеров, позволяющих осуществлять беспрепятственную транспортировку от завода-изготовителя до объекта к месту сборки и монтажа.
На строительной площадке, до сборки конструкции покрытия ангара, выполняют фундаменты, неподвижные и скользящие опоры для колонн, твердое покрытие полов в ангаре с системой несущих канатов, уложенных в каналах под полом. Затем на уровне поверхности строительной площадки (пола ангара) осуществляют сборку покрытия ангара из отдельных секций и элементов, включая систему связей, ферм покрытия, защитное покрытие кровли.
Арочное покрытие ангара включает фермы 1 покрытия, собирающиеся из секций 2 и имеющие нижний пояс 3 и верхний пояс 4 и раскосы 5. Фермы 1 покрытия соединены между собой поперечной несущей конструкцией 6, включающей прогоны и систему связей. Фермы 1 покрытия посредством несущих опорных узлов 7 соединены с колоннами 8 и 9.
Соединенные между собой фермы 1 покрытия накрыты защитным покрытием, которое образует крышу 10 ангара, а конструкции, которые прикреплены к колоннам 8 и 9, образуют наружные стены 11 ангара.
Колонна 8 установлена на шарнире 12, который неподвижно размещен на проектном фундаменте 13, а колонна 9 установлена на шарнире 14, который размещен на подвижной опоре-тележке 15. Тележка 15 установлена с возможностью перемещения по направляющей скользящей опоре 16 посредством системы несущих канатов 17 и лебедки 18 до закрепления колонны 9 на проектном фундаменте 19.
Нижний пояс 3 фермы 1 покрытия выполнен из подвижных элементов 20, которые предназначены для изменения длины нижнего пояса 3, причем он может быть выполнен или из двух, или из трех ниток. Подвижные элементы 20 выполнены пустотелыми прямоугольного или круглого сечения. В части пустот 21 размещены несущие канаты 22, а части пустот 21 фермы 1, которые работают на сжатие, заполнены или раствором, или бетоном. Несущие канаты 22 фермы 1 размещены в нижнем поясе 3 с возможностью натяжения посредством лебедки 23 и придания нижнему поясу 3 строительного подъема, высоту которого назначают из условий эксплуатации ангара. Причем подвижные элементы 20 нижнего пояса 3 фермы 1 могут быть выполнены или цилиндрического сечения, или круглого сечения и воспринимать возникающие вращательные напряжения во время сборки и монтажа арочного покрытия ангара.
Элементы 24 верхнего пояса 4 фермы 1 жестко соединены с каждой из колонн 8 и 9 посредством несущих опорных узлов 7 и выполнены или прямоугольного коробчатого, или цилиндрического сечения. При возведении покрытия ангара верхнему поясу 4 также придают строительный подъем, но его назначают из условия обеспечения проектной прочности и конфигурации конструкции.
Раскосы 5 фермы 1 размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и выполнены переменной длины. Причем длину раскосов 5 фермы 1 арочного покрытия изменяют пропорционально ординатам эпюры изгибающих моментов от действия нагрузок, построенной в балке такого же пролета, что и ферма 1.
Ферма 1 покрытия снабжена несущими опорными узлами 7, которые предназначены для установки фермы 1 по внешнему контуру колонн 8 и 9 и обеспечения закрепления несущих канатов 22, располагаемых по нижнему поясу 3 фермы 1. Несущие канаты 22 соединены шарнирно-подвижно со всеми ее пролетными узлами, и шарнирно-неподвижно с несущими опорными узлами 7 колонн 8 и 9. Каждая пара проектных фундаментов 13 и 19 под колонны 8 и 9 снабжена несущими опорными узлами 25, которые выполнены по внешнему контуру каждой пары проектных фундаментов 13 и 19 под колонн 8 и 9 и предназначены для обеспечения закрепления системы несущих канатов 17, которые размещены ниже конструкции пола.
Для обеспечения подъема ферм 1 арочного покрытия и сокращения затрат при монтаже ангара используют систему подъемных механизмов 26 выполненных в виде, например, системы домкратов, которые устанавливают в средней части пролета ангара.
Монтаж арочного покрытия ангара осуществляют следующим образом.
Доставленные с завода отдельные части изготовленных конструкций ферм 1 арочного покрытия, колонны 8 и 9, одна половина колонн из которых монтируется в дальнейшем подвижными, а другая половина колонн - неподвижными, для дальнейшей сборки и установки на строительной площадке укладывают на временные подставки 27. На временных подставках 27 в горизонтальном положении производят сборку каждой фермы 1 арочного покрытия с неподвижной колонной 8 и подвижной колонной 9. При этом колонну 8 устанавливают на шарнир 12, который неподвижно закрепляют на проектном фундаменте 13, а колонну 9 устанавливают на шарнир 14, который размещают на подвижной опоре-тележке 15. Тележку 15 подсоединяют к системе несущих канатов 17, к которым подсоединена лебедка 18. В центре будущего ангара на подготовленном полу устанавливают подъемный механизм 26.
По нижнему поясу 3 фермы 1 в пустотах 21 подвижных элементов 20 пропускают несущие канаты 22, один конец которых закрепляют на несущем опорном элементе 7 подвижной колонны 9, а другой подсоединяют к устройству для натяжения несущих канатов 22 - лебедке 23, которую устанавливают на несущем опорном узле 7 колоны 8.
Собранное таким образом арочное покрытие ангара, выполненное из нескольких ферм 1 и подготовленное к вертикальной установке, посредством установленных на каждой ферме лебедок 18 одновременно начинают тянуть систему несущих канатов 17, которые, в свою очередь, тянут тележки 15, на которых установлены подвижные колонны 9. Тележки 15 перемещают по направляющим скользящим опорам 16 до размещения колонн 9 на проектных фундаментах 19 и последующего их закрепления на этих фундаментах.
Одновременно в центре пролета ангара подъемными механизмами 26 обеспечивают вертикальный подъем средней части ферм 1, а натяжением несущих канатов 22 посредством лебедок 23 осуществляют уменьшение длины нижнего пояса 3 фермы 1 посредством подвижных элементов 20, образуя таким образом строительный подъем арочного покрытия ангара.
В результате одновременной работы подъемных механизмов 26, несущих канатов 17 и 22 и лебедок 18 и 23 получают изгиб покрытия всего ангара в плоскости ферм 1 арочного покрытия и окончательный строительный подъем каждой фермы 1 покрытия. При этом строительный подъем верхних поясов 4 ферм 1 назначают из условий обеспечения проектной прочности конструкций и архитектурной конфигурации. В нижних поясах 3 ферм 1 покрытия с помощью затяжек из несущих канатов 22 создают напряжение в этих канатах 22 и несущих конструкциях покрытия ангара и закрепляют покрытие ангара в этом положении, одновременно с этим подвижные колонны 9 перемещают по направляющей скользящей опоре 16 и предварительно закрепляют их в проектном положении, используя для этого подъемные механизмы 26. Вместе с тем по внешнему контуру фундаментов 13 и 19 колонн 8 и 9 с помощью затяжек из системы несущих канатов 17 создают напряжение в этих канатах 17 и закрепляют их в несущих опорных узлах 25. Затем поднятое на проектную высоту покрытие ангара окончательно закрепляют на фундаментах 13 и 19 и демонтируют подъемные механизмы 26.
К колоннам 8 и 9 прикрепляют конструкции наружных стен 11 и выполняют все дальнейшие и необходимые работы для завершения изготовления арочного большепролетного покрытия ангара.
Использование предлагаемого технического решения позволило уменьшить конструктивную высоту арочного покрытия ангара, снизить затраты при сборке и монтаже покрытия ангара, снизить габаритные размеры секций покрытия, упростить транспортабельность, уменьшить высоту отдельных конструкций отапливаемого помещения ангара, эффективно эксплуатировать объемы и, как следствие, снизить эксплуатационные затраты.