БОЛЬШЕПРОЛЕТНАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СИСТЕМА ПОКРЫТИЯ ЗДАНИЯ
LARGE-SPAN SPATIAL SYSTEM OF BUILDING COVER

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении покрытий над зданиями различного назначения.
Известен пространственный блок покрытия, включающий верхний пояс в виде свода из стального профилированного листа с продольным расположением гофр и связанный с ним нижний пояс в виде жесткой затяжки, выполненный из деревянных балок с шарниром посередине в виде пластин нагельного типа, при этом на нижний пояс оперты попарно объединенные верхней и нижней поперечинами и промежуточными дощатыми связями вертикальные деревянные стойки, подпирающие через верхние поперечины верхний пояс (патент РФ №2282699 C1, дата приоритета 27.12.2004, дата публикации 27.08.2006, авторы Дмитриев П.А. и др., RU).
Недостатками известного аналога являются высокие трудозатраты при изготовлении и монтаже, обусловленные большим количеством узловых соединений, а также небольшой шаг конструкций при монтаже блоков, вследствие чего увеличивается количество отправочных марок.
В качестве прототипа принята структурная пространственная конструкция, включающая гибкий свод-оболочку с затяжками и систему элементов жесткости между ними, под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками продольные решетчатые фермы, которые оперты по концам на несущие конструкции, верхние и нижние узлы соседних продольных ферм соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами с образованием подкрепляющей структуры с перекрестными фермами (патент РФ №2422599 C1, дата приоритета 31.12.2009, дата публикации 27.06.2011, авторы Дмитриев П.А. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются: во-первых, ограниченная длина здания, перекрываемого большепролетным покрытием, в связи с опиранием концов продольных решетчатых ферм на несущие конструкции, что связано с необходимостью установки дополнительных опорных колонн и с дополнением структурной пространственной конструкции в торцах несущими плоскими конструкциями для опирания продольных решетчатых ферм; во-вторых, использование гнуто клееных плит с гнутоклееными элементами, что увеличивает трудоемкость и сроки изготовления; в-третьих, обеспечение пространственной жесткости конструкции за счет совместной работы свода-оболочки и подкрепляющей структуры не по всей поверхности, а лишь в точках их пересечения, в-четвертых, не рациональность применения гибких материалов при выполнении большепролетного покрытия, в-пятых, большое количество различных отправочных марок.
Задачей изобретения является снижение трудоемкости, уменьшение количества отправочных марок, повышение жесткости и прочности конструкции.
Для решения поставленной задачи в большепролетной пространственной системе покрытия здания, включающей сводчатое покрытие, подкрепленное системой элементов жесткости, согласно изобретению, формообразующие элементы сводчатого покрытия выполнены в виде двухскатных клеефанерных плит заводской готовности, которые состыкованы и закреплены на двухскатных клеедощатых балках, образующих верхний пояс деревометаллических ферм, выполненных с металлической затяжкой, соединенной с верхним поясом при помощи деревянных раскосов, имеющих одинаковую длину, деревометаллические фермы оперты на несущие колонны или элементы здания и попарно раскреплены в продольном направлении связевыми фермами, при этом двухскатная клеефанерная плита выполнена П-образного поперечного сечения с двухскатными продольными клеедощатыми ребрами, связанными поперечными клеедощатыми ребрами, и с верхней обшивкой, закрепленной на ребрах, двухскатные продольные ребра в торцах упомянутой плиты снабжены Г-образными пазами со стороны основания и усилены вклеенными наклонными стержнями, плиты уложены Г-образными пазами на балки верхнего пояса деревометаллических ферм и состыкованы между собой посредством накладок с крепежными элементами, а соединение плит с балками верхнего пояса деревометаллических ферм выполнено либо с помощью упомянутых накладок с крепежными элементами, либо с помощью металлических башмаков, установленных на балках верхнего пояса деревометаллических ферм в местах опирания на них Г-образными пазами продольных ребер плит.
Согласно изобретению, верхний пояс деревометаллических ферм, образованный двухскатными клеедощатыми балками, выполнен в виде одной или двух ветвей.
Согласно изобретению, верхний пояс деревометаллических ферм образован или из двух, или из трех, или из четырех двухскатных клеедощатых балок.
Согласно изобретению, металлический башмак для соединения плиты с двухскатной клеедощатой балкой образован Г-образной полосой, на торцах которой перпендикулярно ее внешней поверхности жестко закреплены накладки, между которыми установлено продольное ребро плиты, при этом Г-образная полоса башмака закреплена на балке, а накладки закреплены на боковинах продольного ребра плиты.
Технический результат от реализации изобретения обусловлен в основном тем, что в формообразовании пространственной системы за основной элемент принята двухскатная клеедощатая балка. Ее преимущество при работе на изгиб или сжатие с изгибом перед балками с постоянной высотой поперечного сечения обусловлено увеличением высоты сечения от его торца к середине с той же тенденцией, что и изгибающих моментов (в большинстве случаев). За счет криволинейного верхнего пояса фермы в связи с использованием в нем двухскатных элементов происходит увеличение разгружающих моментов от действия сжимающих усилий. Это связано с увеличением эксцентриситетов, с которыми оказываются приложенными узловые сжимающие усилия. Последнее обстоятельство и приводит к увеличению разгружающих моментов, возникающих от действия этих усилий, и к некоторому выравниванию моментов в верхних поясах в целом. Кроме этого, при использовании крупноразмерных двускатных плит, монтируемых на упомянутые фермы, представляется возможным заметно увеличить шаг несущих конструкций (до 12 м), тем самым сократить количество отправочных марок, а также уменьшить сроки возведения. К тому же, совместная работа плит с фермами образует жесткий диск покрытия. Заявляемая большепролетная пространственная система покрытия может быть трансформирована под пролеты 48 м, 36 м и 24 м, путем уменьшения количества двухскатных балок верхнего пояса от четырех до двух.
На фиг.1 схематично изображена большепролетная пространственная система покрытия здания, общий вид; на фиг.2 изображена двухскатная клеефанерная плита заводской готовности; на фиг.3 изображен вариант соединения крупноразмерных двухскатных клеефанерных плит с верхним поясом деревометаллической фермы с помощью накладки с крепежными элементами; на фиг.4 изображен вариант соединения крупноразмерных двухскатных клеефанерных плит с верхним поясом деревометаллической фермы с помощью металлических башмаков.
Большепролетная пространственная система покрытия здания, изображенная на фиг.1, содержит большепролетные деревометаллические фермы 1, установленные на колонны 2 с шагом 12 м. Верхний пояс фермы 1 образован двумя ветвями из двухскатных клеедощатых балок 3 длиной 12,5 м, сопряженных между собой известными способами, с прямоугольными или со скошенными торцами (условно не показано). Геометрическая схема несущей деревометаллической фермы пролетом 48 м принята таким образом, что узлы верхнего пояса, образованного двумя ветвями из двухскатных клеедощатых балок 3 длиной 12,5 м, расположены на дуге окружности и разделяют ее на четыре равные части. Наличие двухветвевого верхнего пояса позволяет трансформировать конструкцию под определенный шаг без внесения существенных изменений, путем уменьшения ветвей от двух до одной и шага колонн 12м и 6 м, соответственно. Металлическая затяжка 4, образующая нижний пояс фермы 1, выполнена в виде двутавра из спаренных швеллеров и соединена с верхним поясом при помощи деревянных раскосов 5 прямоугольного сечения, имеющих одинаковую длину. В продольном направлении фермы 1 попарно раскреплены связевыми фермами 6, обеспечивающими геометрическую неизменяемость системы. На балки 3 верхних поясов ферм установлены и закреплены плиты покрытия, в качестве которых использованы двухскатные клеефанерные плиты 7 заводской готовности. Упомянутая плита 7, изображенная на фиг.2, выполнена П-образного поперечного сечения и образована двухскатными продольными клеедощатыми ребрами 8, связывающими их поперечными клеедощатыми ребрами 9 и верхней фанерной обшивкой 10, закрепленной на ребрах. Обшивка плиты может быть выполнена также из ориентированно-стружечных плит (ОСП) или из металлических профилированных листов. Плита 7 снабжена в торцах Г-образными пазами 11, выполненными в продольных ребрах 8 со стороны основания плиты и образующими опорные поверхности, которыми плита оперта на балки 3, как показано на фиг.3 и фиг.4. При этом продольные ребра 8 усилены в торцах упрочняющими металлическими элементами в виде вклеенных наклонных стержней 12.
В пространственной системе покрытия плиты 7 уложены Г-образными пазами 11 на балки 3 верхнего пояса деревометаллических ферм 1, состыкованы торцами и закреплены на балках. Для стыковки плит 7 использованы установленные по верху металлические накладки 13 с крепежными элементами в виде стержней 12 или гвоздей 14. Для соединения плит 7 с балками 3 могут быть использованы накладки 13 с приваренными к ним после установки стержнями 12, введенными сверху в балки 3. Кроме этого, для соединения плит 7 с балками 3 могут быть использованы закрепленные на балках 3 металлические башмаки 15, в каждом из которых установлено продольное ребро 8 плиты (фиг.4). Упомянутый башмак 15 образован Г-образной полосой 16, на концах которой перпендикулярно внешней поверхности приварены накладки 17. Между накладками 17 установлено продольное ребро 8 плиты. При этом Г-образная полоса 16 закреплена винтами или гвоздями 14 на балке 3, а накладки 17 закреплены на боковинах продольного ребра 8 плиты.
Использование в системе покрытия унифицированных двухскатных клеедощатых балок дает возможность использовать одну и ту же технологическую линию для изготовления основной массы элементов и применить шаг колонн 12 м.
Преимущество заявляемой пространственной системы покрытия здания с применением двухскатных элементов по сравнению с прототипом заключается в образовании жесткого диска покрытия по всей площади, в использовании рациональной геометрической формы элементов, составляющих конструкцию, в уменьшении сроков и трудоемкости изготовления элементов конструкций пространственной системы за счет использования двухскатных клеедощатых балок, в увеличении шага основных несущих конструкций при использовании крупноразмерных двухскатных клеефанерных плит, в использовании элементов конструкции повышенной заводской готовности.
Технический результат заявленной пространственной системы покрытия здания в отличие от известных решений состоит в получении прочной большепролетной пространственной системы, включающей двухскатные клеедощатые элементы, в увеличении жесткости в связи с получением единого жесткого диска покрытия, в уменьшении количества отправочных марок, в уменьшении трудоемкости и сроков изготовления, в повышении заводской готовности элементов системы покрытия, в обеспечении возможности их доставки на строительную площадку в отдаленные районы без привлечения специального транспорта, а также в оптимизации и унификации технологии их изготовления.