СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ПОКРЫТИЙ АНГАРА, БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ПОКРЫТИЕ АНГАРА (ВАРИАНТЫ)
METHOD TO MANUFACTURE LARGE-SPAN COVERS OF HANGAR, LARGE-SPAN COVER OF HANGAR (VERSIONS)

Изобретение относится к области строительства, а именно к покрытиям зданий и сооружений, и может быть использовано при строительстве большепролетных покрытий, в частности ангаров.
Известен способ изготовления большепролетных ферм, которым при их изготовлении придают строительный подъем путем перелома нижнего пояса в узлах ферм по многоугольнику, вписанному в окружность. Способ описан в книге «Металлические конструкции». - М.: Стройиздат, 1973 г., стр.260, рис.9.2б.
Такой способ снижает величину изгибных напряжений в монтажных узлах, однако не снимает их полностью, так как угол поворота сечения поясов в монтажных узлах от выпрямления нижнего пояса сохраняется, то есть монтажный стык дополнительно работает на изгиб.
Известен способ изготовления большепролетных ферм со строительным подъемом по патенту РФ №2300610, кл. Е04С 3/11, 2007 г., принятый заявителем за прототип. Согласно этому способу большепролетным фермам при их изготовлении придают строительный подъем, сначала нижний пояс изготавливают прямолинейным, затем упруго изгибают его в плоскости фермы по очертанию расчетного прогиба ферм и от постоянных нагрузок, после чего доизготавливают ферму и разбирают ее на отправочные марки.
Однако способ не позволяет уменьшить материалоемкость конструкции, снизить трудозатраты, материальные затраты при сборке и монтаже покрытия, снизить транспортные расходы.
Известна арочная ферма по авторскому свидетельству СССР №102577, кл. 37В 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.
Известно покрытие ангара по патенту РФ №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 1/4 - 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, полезное эксплуатирование объемов и, как следствие, снижение 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 по варианту 1 большепролетное покрытие ангара собирают на уровне поверхности строительной площадки, причем одну половину колонн изготавливают подвижными, а другую половину колонн - неподвижными, затем в собранном виде несущими канатами упруго изгибают покрытие всего ангара в плоскости ферм покрытия, чем придают строительный подъем каждой ферме покрытия, причем в нижних поясах ферм покрытия затяжками из несущих канатов создают предварительное напряжение в этих канатах и несущих конструкциях покрытия ангара и закрепляют покрытие ангара в этом положении, для чего устанавливают каждую подвижную колонну в проектное положение, используя для этого в том числе подъемные механизмы, а строительный подъем верхних поясов ферм покрытия назначают из условий обеспечения проектной прочности и конфигурации ангара, после чего по внешнему контуру фундаментов колонн с помощью затяжек из системы несущих канатов создают предварительное напряжение в этих канатах и закрепляют их в несущих опорных узлах, затем поднятое на высоту колонн покрытие ангара закрепляют на фундаментах и демонтируют подъемные механизмы.
По варианту 2, большепролетное покрытие ангара изготавливают на уровне поверхности строительной площадки, причем колонны изготавливают неподвижными и устанавливают жестко на проектных фундаментах, затем в собранном виде в нижних и верхних поясах ферм покрытия с помощью затяжек из несущих канатов создают предварительный строительный подъем каждой ферме и предварительное напряжение в этих канатах и несущих конструкциях покрытия ангара, после чего с помощью подъемных механизмов поднимают собранное покрытие вертикально и устанавливают его в проектное положение, затем закрепляют поднятое на высоту покрытие ангара на колоннах и демонтируют подъемные механизмы.
По варианту 3, большепролетное покрытие ангара собирают на уровне поверхности строительной площадки, причем одну половину колонн изготавливают подвижными, а другую половину колонн - неподвижными, каждую ферму выполняют в виде соединения двух балок, одну из которых соединяют с подвижной колонной, а другую - с неподвижной колонной, затем с помощью подъемных механизмов и временных монтажных приспособлений поднимают балки с колоннами и устанавливают их в проектное положение, скрепляют их друг с другом, затем в нижнем поясе каждой балки покрытия с помощью затяжек из несущих канатов создают предварительное напряжение в этих канатах и несущих конструкциях покрытия ангара, по внешнему контуру фундаментов колонн с помощью затяжек из системы несущих канатов создают предварительное напряжение в этих канатах и закрепляют их в несущих опорных узлах, затем поднятое на высоту колонн покрытие ангара закрепляют на фундаментах и демонтируют подъемные механизмы и временные монтажные приспособления.
Кроме того, 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.
Кроме того, нижний пояс каждой фермы снабжен подвижными узлами, 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, нижний пояс каждой фермы выполнен из пустотелых элементов 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, пустотелые элементы нижнего пояса фермы выполнены или цилиндрического сечения, или со сглаженными, или с коническими соединениями, которые воспринимают возникающие вращательные напряжения во время сборки и монтажа большепролетного покрытия ангара.
Кроме того, каждая балка перекрытия выполнена, по меньшей мере, из двух составленных по высоте балок с гофростенкой.
На фиг.1 изображен способ изготовления покрытия ангара по варианту 1;
на фиг.2 изображен способ изготовления покрытия ангара по варианту 2;
на фиг.3 изображен способ изготовления покрытия ангара по варианту 3, монтаж двух половин балок одновременно;
на фиг.4 изображено соединение ферм перекрытия между собой поперечной несущей конструкцией;
на фиг.5 - узел I на фиг.1 подвижный узел нижнего пояса фермы, выполненный в виде прямоугольного или круглого сечения;
на фиг.6 - сечение А-А на фиг.3, балка перекрытия, составленная по высоте, например, из трех балок с гофростенкой;
на фиг.7 - узел II на фиг.3, размещение свободных концов балок с монтажными катками и пропущенными в них несущими канатами на столе подъемного механизма;
на фиг.8 - варианты сечений элементов верхнего пояса фермы и раскосов;
на фиг.9 - варианты сечений элементов нижнего пояса;
на фиг.10 - сечение Б-Б на фиг.6 - профиль гофростенки.
Элементы конструкции большепролетных покрытий ангара 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, балок покрытия, защитное покрытие кровли.
Большепролетное покрытие ангара включает фермы 1 или балки 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 или балки покрытия посредством несущих опорных узлов 7 соединены с колоннами 8 и 9.
Соединенные между собой фермы 1 или балки 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 или балки покрытия выполнен из элементов 20, которые снабжены подвижными узлами 21, предназначенными для изменения длины нижнего пояса 3. Элементы 20 выполнены пустотелыми прямоугольного или круглого сечения. В части пустот размещены несущие канаты 22, а части пустот 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 пустотелые элементы 20 нижнего пояса 3 фермы 1 могут быть выполнены или цилиндрического сечения, или со сглаженными, или с коническими соединениями, которые воспринимают возникающие вращательные напряжения во время сборки и монтажа большепролетного 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 поперечной несущей конструкции размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и выполнены переменной длины. Причем длину раскосов 5 покрытия изменяют пропорционально ординатам эпюры изгибающих моментов от действия нагрузок, построенной в балке такого же пролета, что и ферма 1.
Ферма 1 или балка покрытия по внешнему контуру колонн 8 или 9 снабжена несущими опорными узлами 7, которые предназначены для обеспечения закрепления несущих канатов 22, располагаемых по нижнему поясу 3 фермы 1, соединенных 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 или балок 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.
Большепролетное покрытие ангара может быть выполнено и на неподвижных колоннах 8 и 9, жестко установленных на проектных фундаментах 13 и 19 (фиг.2).
Кроме того, большепролетное покрытие ангара может быть выполнено из, например, двух балок 27 и 28 с гофростенкой 29. Балка 27 жестко соединена с колонной 8, которая установлена на шарнире 12 на фундаменте 13. Балка 28 жестко соединена с колонной 9, которая установлена на шарнире 14 и размещена 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. Для исключения трения и облегчения подъема на свободных концах балок 27 и 28 установлены монтажные катки 30.
Возможен поочередный подъем и дальнейший монтаж каждой балки 27 и 28 в отдельности. При этом поднятую на проектную высоту балку, например, 27 фиксируют и удерживают в этом положении, например, временным монтажным приспособлением 31, до поднятия второй балки, после чего их скрепляют.
Монтаж большепролетного покрытия ангара осуществляют следующим образом.
Вариант 1. Доставленные с завода отдельные части изготовленных конструкций ферм 1 или балок покрытия, колонны, 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 32, на которых в горизонтальном положении производят сборку каждой фермы 1 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 пустотелых элементах 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 большепролетное 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 фундаментах.
Одновременно в центре пролета ангара подъемными механизмами 26 обеспечивают подъем ферм 1 в вертикальное положение, а в нижних поясах 3 пустотелых элементов 20 посредством подвижных узлов 21 уменьшают длину каждого нижнего пояса 3 ферм 1, образуя строительный подъем большепролетного покрытия с помощью системы несущих канатов 22 и лебедок 23.
Затем в собранном виде с помощью подъемных механизмов 26, несущих канатов 22 и лебедок 23 упруго изгибают покрытие всего ангара в плоскости ферм 1 покрытия, чем придают строительный подъем каждой ферме 1 покрытия. При этом строительный подъем верхних поясов 4 ферм 1 назначают из условий обеспечения проектной прочности конструкций и архитектурной конфигурации. Причем в нижних поясах 3 ферм 1 покрытия с помощью затяжек из несущих канатов 22 создают предварительное напряжение в этих канатах 22 и несущих конструкций покрытия ангара и закрепляют покрытие ангара в этом положении, для чего подвижные колонны 9 перемещают по направляющей скользящей опоре 16 и закрепляют их в проектном положении, используя для этого в том числе подъемные механизмы 26. После чего по внешнему контуру фундаментов 13 и 19 колонн 8 и 9 с помощью затяжек из системы несущих канатов 17 создают предварительное напряжение в этих канатах 17 и закрепляют их в несущих опорных узлах 25. Затем поднятое на высоту колонн 8 и 9 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 большепролетного покрытия ангара.
Вариант 2. Установка большепролетного покрытия ангара на неподвижных колоннах 8, жестко установленных на проектных фундаментах 13.
Доставленные с завода отдельные части изготовленных конструкций ферм 1 или балок покрытия, колонны, которые в дальнейшем устанавливают жестко на проектных фундаментах, собирают на заранее подготовленном полу ангара.
По внешнему контуру колонны 8 каждой фермы 1 покрытия ангара крепят устройства для натяжения несущих канатов 22, например лебедку 23. Затем в собранном виде с помощью затяжек несущих канатов 22 создают предварительный строительный подъем в верхнем 4 и нижнем поясе 3 каждой фермы 1 и предварительное напряжение в этих канатах и несущих конструкциях покрытия ангара. После этого с помощью подъемных механизмов, например, системы лебедок 32, закрепленных сверху на каждой колонне 8, и с помощью подъемных механизмов, например системы домкратов 26, собранную конструкцию большепролетного покрытия ангара поднимают вертикально вверх. Устанавливают покрытие в проектное положение, закрепляют поднятое на высоту покрытие ангара на колоннах 8 и демонтируют подъемные механизмы. Затем к колоннам 8 прикрепляют конструкции наружных стен 11, выполняют все дальнейшие и необходимые работы для завершения изготовления большепролетного покрытия ангара.
Вариант 3. Изготовление большепролетного покрытия ангара, фермы которого выполняют из двух балок 27 и 28, выполненных с гофростенкой 29, а колонны выполняют: одну половину подвижными, а другую половину неподвижными. В данном случае большепролетное покрытие ангара собирают на уровне поверхности строительной площадки.
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 пролета ангара на подготовленном полу устанавливают подъемный механизм 26.
Балку 27 посредством несущего опорного элемента 7 соединяют с колонной 8, а балку 28 также посредством несущего опорного элемента 7 соединяют с колонной 9. На свободных концах балок 27 и 28 устанавливают монтажные катки 30 для исключения трения и облегчения подъема. Причем свободные концы балок 27 и 28 размещают на опорном столе подъемного механизма 26.
По нижнему поясу балок 27 и 28 пропускают несущие канаты 22 и соединяют их с лебедкой 23.
Затем размещенные таким образом балки 27 и 28 посредством подъемного механизма 26 поднимают вверх, а посредством лебедки 18 тянут систему несущих канатов 17, которые, в свою очередь, тянут тележку 15, на которой установлена подвижная колонна 9. Тележку 15 перемещают по направляющей скользящей опоре 16 до закрепления колонны 9 на проектном фундаменте 19.
Балки 27 и 28 с колоннами поднимают до проектной высоты, фиксируют и удерживают их в этом положении временным монтажным приспособлением 31, после чего их скрепляют между собой.
После этого в нижнем поясе каждой балки покрытия с помощью затяжек из несущих канатов 22 создают предварительное напряжение в этих канатах 22 и несущих конструкциях покрытия ангара. По внешнему контуру проектных фундаментов 13 и 19 колонн 8 и 9 с помощью затяжек из системы несущих канатов 17, которые расположены ниже конструкции пола, создают предварительное напряжение в этих канатах и закрепляют их в несущих опорных узлах 25. Затем поднятое на высоту колонн 8 покрытие ангара закрепляют на проектных колоннах 8 и демонтируют подъемные механизмы 26 и временные монтажные приспособления 31 и выполняют все дальнейшие и необходимые работы для завершения изготовления большепролетного покрытия ангара.
Использование вариантов предлагаемых технических решений позволило уменьшить конструктивную высоту большепролетного 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.