БОЛЬШЕПРОЛЕТНОЕ ЗДАНИЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к покрытиям зданий и сооружений, и может быть использовано при строительстве большепролетных покрытий, в частности ангаров.
Известно большепролетное здание по патенту Российской Федерации №2334852, кл. Е04В 7/14, 2008 г., содержащее жестко защемленные в фундаменте колонны, а также несущие предварительно напряженные и ограждающие конструкции покрытия, нагрузка от которого передается на колонны, колонны здания выполнены наклонными в виде двух пересекающихся в верхней части ветвей, угол наклона каждой ветви к горизонту определен из условия совпадения направлений равнодействующей от внешней нагрузки, усилий преднапряжения и самонапряжения в элементах несущих конструкций покрытия с реакцией в ветви колонны, при этом наклон внутренней ветви колонны определен от действия минимально возможной внешней нагрузки от покрытия, а наклон внешней ветви - от действия максимально возможной внешней нагрузки от покрытия. Для выбора требуемого по эксплуатационным соображениям наклона ветвей колонны меняют длину пролета в поперечном направлении и вес конструкций покрытия, включая и вес инженерно-технологического подвесного оборудования.
Конструкция данного здания не позволяет регулировать конструктивную высоту строящегося большепролетного покрытия ангара, является материалоемкой и затратной при сборке и монтаже.
1
4
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 /-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 каждая ферма снабжена несущим опорным узлом несущими канатами, несущие канаты размещены в нижнем поясе фермы, а несущий опорный узел предназначен для закрепления несущих канатов, причем каждая колонна выполнена неподвижной и жестко установлена на проектном фундаменте, а каждая ферма выполнена с возможностью вертикального подъема и установки сверху колонн.
Кроме того, несущие канаты размещены в нижнем поясе фермы с возможностью создания предварительного строительного подъема каждой ферме и предварительного напряжения в этих канатах и несущих конструкциях покрытия здания.
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 ферма большепролетного здания в момент монтажа покрытия на неподвижные колонны;
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 покрытий большепролетных зданий 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 здания, выполняют фундаменты, неподвижные и скользящие опоры для колонн, твердое покрытие полов в здании с системой несущих канатов, уложенных в каналах под полом. Затем на уровне поверхности строительной площадки (пола здания) осуществляют сборку покрытия здания из отдельных секций и элементов, включая систему связей, балок покрытия, защитное покрытие кровли.
Большепролетное здание включает фермы 1 покрытия, собирающиеся из секций и имеющие нижний пояс 2 и верхний пояс 3 и раскосы 4. Фермы 1 покрытия соединены между собой поперечной несущей конструкцией 5, включающей прогоны и систему связей. Фермы 1 покрытия посредством несущих опорных узлов 6 соединены с колоннами 7.
Соединенные между собой фермы 1 покрытия накрыты защитным покрытием, которое образует крышу 8 здания, а конструкции, которые прикреплены к колоннам 7, образуют наружные стены 9 здания.
Каждая колонна 7 выполнена неподвижной и жестко установлена на проектном фундаменте 10.
Нижний пояс 2 фермы 1 покрытия выполнен из подвижных элементов 11, которые предназначенными для изменения длины нижнего пояса 2, причем он может быть выполнен или из двух, или из трех ниток подвижных элементов 11. Подвижные элементы 11 выполнены пустотелыми прямоугольного или круглого сечения. В части пустот размещены несущие канаты 12, а части пустот фермы 1, которые работают на сжатие, заполнены или раствором, или бетоном. Несущие канаты 12 фермы 1 размещены в нижнем поясе 2 с возможностью натяжения посредством лебедки 13 и придания нижнему поясу 2 строительного подъема, высоту которого назначают из условий эксплуатации здания. Причем подвижные элементы 11 нижнего пояса 2 фермы 1 могут быть выполнены или цилиндрического сечения, или круглого сечения и воспринимают возникающие вращательные напряжения во время сборки и монтажа покрытия большепролетного здания.
Элементы верхнего пояса 3 фермы 1 жестко соединены с каждой из колонн 7 посредством несущих опорных узлов 6 и выполнены или прямоугольного коробчатого, или цилиндрического сечения. При возведении покрытия здания верхнему поясу 3 также придают строительный подъем, но его назначают из условия обеспечения проектной прочности и конфигурации конструкции.
Раскосы 4 размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и выполнены переменной длины. Причем длину раскосов 4 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 6, которые предназначены для установки фермы 1 по внешнему контуру колонн 7 и обеспечения закрепления несущих канатов 12, располагаемых по нижнему поясу 2 фермы 1. Несущие канаты 12 соединены шарнирно-подвижно со всеми ее пролетными узлами, и шарнирно-неподвижно с несущими опорными узлами 6 колонн 7.
Для обеспечения подъема ферм 1 покрытия и сокращения затрат при монтаже здания используют систему подъемных механизмов 14 выполненных в виде, например, системы домкратов, которые устанавливают в средней части пролета здания.
Монтаж покрытия большепролетного здания осуществляют следующим образом.
Доставленные с завода отдельные части изготовленных конструкций ферм покрытия, колонны, которые в дальнейшем устанавливают жестко на проектных фундаментах, собирают на заранее подготовленном полу ангара.
По внешнему контуру колонны 7 каждой фермы 1 покрытия здания крепят устройства для натяжения несущих канатов 12, например, лебедку 13. Затем в собранном виде с помощью затяжек несущих канатов 12 создают строительный подъем в верхнем 3 и нижнем поясе 2 каждой фермы 1 и напряжение в этих канатах и несущих конструкциях покрытия здания. После этого с помощью подъемных механизмов, например, системы лебедок 15, закрепленных сверху на каждой колонне 7, и с помощью подъемных механизмов, например, системы домкратов 14, собранную конструкцию покрытия большепролетного здания поднимают вертикально вверх. Устанавливают покрытие в проектное положение, закрепляют поднятое на проектную высоту покрытие здания на колоннах 7 и демонтируют подъемные механизмы. Затем к колоннам 7 прикрепляют конструкции наружных стен 9, выполняют все дальнейшие и необходимые работы для завершения изготовления большепролетного здания.
Использование предлагаемого технического решения позволило уменьшить конструктивную высоту покрытия большепролетного здания, снизить затраты при сборке и монтаже покрытия здания, снизить габаритные размеры секций покрытия, упростить транспортабельность, уменьшить высоту отдельных конструкций отапливаемого помещения ангара, эффективно эксплуатировать объемы и, как следствие, снизить эксплуатационные затраты.