СБОРНАЯ СФЕРИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА

Полезная модель относится к строительству и касается сборных сферических оболочек, пригодных, в частности, для покрытий зданий различного назначения, а также для устройства сферических отражателей в зеркальных антеннах и концентраторах энергии.
Известен купол, выполненный в виде сборной сферической оболочки, содержащей соединенные между собой 2n-угольные, шестиугольные панели, между которыми расположены треугольные панели с углами, лежащими на сфере, 2n-угольные, шестиугольные и треугольные панели одинаковым образом расположены внутри сегментов, составляющих n-ю часть сферы, на противоположных вершинах сферы расположены 2n-угольные панели (Справочник проектировщика. Металлические конструкции / Под ред. Н.П.Мельникова. - 1980. - С.326. рис.19.8, г).
Недостатком известного решения является сложность и материалоемкость узловых соединений разнотипных панелей, обусловленная тем, что в каждом узле сходится более трех панелей, каждая из которых имеет свое собственное направление в пространстве и свои размеры. При подобном конструировании купола узлы шестиугольных панелей лежат в одной плоскости, образуя плоские панели только в частном случае, а при большем разбиении сферы возможно получение плоских панелей в виде трапеций или ромбов.
Технический результат заключается в упрощении изготовления и монтажа сборной сферической оболочки за счет снижения числа типоразмеров панелей и элементов, а также уменьшения числа соединяемых монтажных элементов, позволяет производить укрупнительную сборку элементов, повысить точность изготовления и надежность работы конструкции, при этом эффективно внедрять предварительное напряжение укрупненных элементов.
Технический результат достигается тем, что сборная сферическая оболочка содержит соединенные между собой 2-n угольные, шестиугольные панели, между которыми расположены треугольные панели с углами, лежащими на сфере. 2-n угольные, шестиугольные и треугольные панели одинаковым образом расположены внутри сегментов, составляющих n-ю часть сферы, на противоположных вершинах сферы расположены 2n-угольные панели, ребра 2n-угольных панелей, расположенные по границам сегмента, совмещены с одним ребром шестиугольных панелей, внутри сегментов расположены шестиугольные панели с углами, описанными окружностями со своими радиусами из центров панелей. Смежные шестиугольные панели соединены между собой по одним углам в одной из точек пересечения окружностей, по другим в точке касания окружностей, одинаковые радиусом панели с центрами на середине сегментов, а также панели на осях симметрии сегментов выполнены в виде правильных шестиугольников. Панели равноудаленные от середины сегментов выполнены одинакового радиуса. На середине сегментов расположены ребра треугольных панелей, а одинаковые радиусом панели с центрами на границах сегментов выполнены в виде правильных шестиугольников. На вершинах сферы могут быть расположены 2n-угольные панели, чередующие углы которых описаны своими радиусами, чередующиеся ребра могут быть совмещены с двумя ребрами смежных шестиугольных панелей и треугольных панелей. Одинаковые радиусами шестиугольные панели с центрами на середине сегментов могут быть выполнены в виде правильных шестиугольников. В виде правильных шестиугольников могут быть выполнены панели с центрами на границах сегментов, где две из них касаются углами середины сегментов. На вершинах сферы могут быть выполнены n-угольные панели, к ним могут быть присоединены по углам n-угольные, пятиугольные, шестиугольные панели, которые могут быть выполнены в виде плоских круговых панелей, а между смежными тремя круговыми панелями расположены остаточные панели с тремя углами. Узлы соединения круговых панелей выполнены с устройством зазора, компенсирующего нахлест радиусов, с заполнением зазора вставками-прокладками. 2n-угольные, шестиугольные панели могут быть выполнены в виде сферических кругов с центрами, лежащими на сфере, причем смежные сферические круги соединены внахлест и частично перекрывают участки остаточных панелей.
Сущность сборной сферической оболочки поясняется чертежами. На фиг.1-2 изображены виды сверху и сбоку сборной сферической оболочки, где ребра 2n-угольных панелей расположены по границам сегмента, совмещены с ребрами шестиугольных панелей. На фиг.3-4 изображены виды сверху и сбоку сборной сферической оболочки, где на середине сегментов расположены ребра треугольных панелей, одинаковые радиусом панели с центрами на границах сегментов выполнены в виде правильных шестиугольников. На фиг.5-6 изображены виды сверху и сбоку сборной сферической оболочки, где на вершинах сферы могут быть расположены 2n-угольные панели, чередующие углы которых описаны своими радиусами. На фиг.7 изображена часть сегмента сборной сферической оболочки, где на вершинах сферы могут быть выполнены n-угольные панели, к n-угольным панелям могут быть присоединены пятиугольные панели, n-угольные, пятиугольные, шестиугольные панели могут быть выполнены в виде плоских круговых панелей. На фиг.8 изображена часть сегмента, где n-угольные, 2n-угольные, пятиугольные и шестиугольные панели могут быть выполнены в виде сферических кругов с центрами, лежащими на сфере. На фиг.9 показан фасад павильона «Божья коровка»; на фиг.10 - вид сверху данного павильона. На фиг.11 изображен фасад стадиона с шестиугольными панелями и треугольными вставками и разрезкой переплета остекления, имитирующим снежинки.
Сборная сферическая оболочка (фиг.1-2) содержит соединенные между собой 2-n угольные 1, шестиугольные панели 2, между которыми расположены треугольные 3 панели с углами 4, лежащими на сфере. 2-n угольные 1, шестиугольные 2 и треугольные 3 панели одинаковым образом расположены внутри сегментов 5, составляющих n-ю часть сферы, на противоположных вершинах 6 сферы расположены 2n-угольные панели 1, ребра 7 2n-угольных панелей 1, расположенные по границам 8 сегмента 5, совмещены с одним ребром 7 шестиугольных панелей 2, внутри сегментов 5 расположены шестиугольные панели 2 с углами 4, описанными окружностями со своими радиусами из центров 9 панелей. Смежные шестиугольные панели 2 соединены между собой по одним углам 4 в одной из точек пересечения окружностей, по другим в точке касания окружностей, одинаковые радиусом панели с центрами 9 на середине 10 сегментов 5, а также панели на осях симметрии 11 сегментов 5 выполнены в виде правильных шестиугольников 12 (окрашены серым цветом). Панели равноудаленные от середины 10 сегментов 5 выполнены одинакового радиуса.
В сборной сферической оболочке (фиг.3-4) на середине 10 сегментов 5 расположены ребра 7 треугольных панелей 3, а одинаковые радиусом панели с центрами 9 на границах 8 сегментов 5 выполнены в виде правильных шестиугольников 12.
В сборной сферической оболочке (фиг.5-6) на вершинах 6 сферы могут быть расположены 2n-угольные панели 1, чередующие углы 4 которых описаны своими радиусами, чередующиеся ребра 7 могут быть совмещены с двумя ребрами 7 смежных шестиугольных панелей 2 и треугольных панелей 3. Одинаковые радиусами шестиугольные панели 2 с центрами 9 на середине 10 сегментов 5 могут быть выполнены в виде правильных шестиугольников 12. В виде правильных шестиугольников 12 могут быть выполнены панели с центрами 9 на границах 8 сегментов 5, где две из них касаются углами 4 середины 10 сегментов 5.
В сборной сферической оболочке (фиг.7) на вершинах 6 сферы могут быть выполнены n-угольные панели 13, к ним могут быть присоединены по углам 4 n-угольные 13, пятиугольные 14, шестиугольные 2 панели, которые могут быть выполнены в виде плоских круговых панелей, а между смежными тремя круговыми панелями расположены остаточные панели 15 с тремя углами 4. Узлы соединения круговых панелей выполнены с устройством зазора, компенсирующего нахлест радиусов, с заполнением зазора вставками-прокладками 16.
В сборной сферической оболочке (фиг.8) 2n-угольные 1, пятиугольные 14, шестиугольные 2 панели могут быть выполнены в виде сферических кругов с центрами 9, лежащими на сфере, причем смежные сферические круги соединены внахлест 17 и частично перекрывают участки остаточных панелей 15.
Сборная сферическая оболочка (фиг.9, 10) с n-угольными панелями 13 может быть применена в покрытиях парковых и выставочных павильонов. Сборная сферическая оболочка (фиг.11) с 2n-угольными панелями может быть применена в покрытии стадиона с крытыми трибунами и обслуживающими помещениями в виде сетчатой структуры со светопрозрачными ограждениями «Сугроб».
Монтаж сборной строительной сферической оболочки производится установкой ее в проектное положение раскреплением 2-n угольных 1 и шестиугольных панелей 2 через отбортовки со вставками-прокладками 16 или внахлест 17 болтами через отверстия в углах 4. Затем устанавливаются светопрозрачные треугольные панели 3 или для вариантов с круговыми панелями светопрозрачные остаточные панели 15. Демонтаж оболочек происходит в обратном порядке: вначале снимаются светопрозрачные треугольные вставки, снимаются отделочные элементы, затем разъединяются несущие панели путем развинчивания гаек и снятия креплений по углам 4 панелей. Соединительные детали вынимаются из угловых отверстий панелей и вставок.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет упростить изготовление и монтаж сборной сферической оболочки за счет снижения числа типоразмеров панелей и элементов, а также уменьшения числа соединяемых монтажных элементов, позволяет производить укрупнительную сборку элементов, повысить точность изготовления и надежность работы конструкции, при этом эффективно внедрять предварительное напряжение укрупненных элементов.