КУПОЛ
DOME

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при устройстве промышленных, гражданских, сельскохозяйственных и складских сооружений с куполообразной крышей.
Известен купол, содержащий нижнее и коньковое опорные кольца, соединенные с ними и имеющие оголовки деревоклеенные радиальные ребра, одни концы которых прикреплены шарнирно к нижнему опорному кольцу, и прогоны. Противолежащие ребра купола объединены в двухшарнирные арки или рамы [Авт. свид. СССР №1106880; 1984]. В данной конструкции образована неизменяемая перекрестная система ребер, а коньковое кольцо является частью арки и воспринимает часть изгибающей нагрузки.
Недостатком известного ребристого купола является высокая материалоемкость.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятым в качестве прототипа, является купол, содержащий деревянные составные меридиональные арочные ребра, выполненные из состыкованных торцами под углом друг к другу стержней одинаковой длины, облицовку купола, скрепленную с каркасом, при этом арочные ребра шарнирно скреплены верхними концами с центральным опорным элементом, а нижними - с опорным элементом основания, равномерно расположены по периметру купола, и горизонтальные прогоны, скрепленные с меридиональными арочными ребрами (RU №2298618, E04B 7/08, E04B 1/32, 2007).
Материалоемкость этой конструкции несколько ниже, чем предыдущей, но все равно остается достаточно высокой. Заявленная конструкция обеспечивает повышение несущей способности купола и позволяет уменьшить сечение несущих элементов за счет равномерного распределения нагрузки по поверхности купола, однако в реальных условиях работы, например при сильных ветровых нагрузках, приводящих к неравномерности нагружения, конструкция может быстро исчерпать запас несущей способности купола. Кроме того, монтаж конструкции остается достаточно сложным, и материалоемкость также остается высокой.
Задача изобретения - повысить несущую способность купола при действии несимметричных горизонтальных нагрузок, при снижении его материалоемкости и упрощении монтажа.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение при решении поставленной задачи, заключается в повышении жесткости конструкции и обеспечении ее высокой несущей способности даже при неравномерном распределении действующей на поверхность купола нагрузки. Кроме того, упрощается монтаж элементов конструкции и самого каркаса купола, а также снижается материалоемкость каркаса.
Для решения поставленной задачи купол, содержащий деревянные составные меридиональные арочные ребра, выполненные из состыкованных торцами под углом друг к другу стержней одинаковой длины, облицовку купола, скрепленную с каркасом, при этом меридиональные арочные ребра шарнирно скреплены верхними концами с центральным опорным элементом, а нижними - с опорным элементом основания, и равномерно расположены по периметру купола, и горизонтальные прогоны, скрепленные с меридиональными арочными ребрами, отличающийся тем, что стержни выполнены из деревянного профиля, включающего фанерные пластины и закрепленные у их продольных кромок полки из деревянных брусков, при этом стержни скреплены стыковыми накладками, выполненными из брусков, закрепленных с обеих сторон фанерной пластины, так что плоскости брусков, расположенные на обеих сторонах пластины и образующие стыкуемые поверхности стержней, совпадают с плоскостью ее торца, кроме того, в брусках стыковых накладок выполнены сквозные отверстия, ориентированные перпендикулярно стыкуемой поверхности стержней, так что продольные оси каждого отверстия бруска одного стержня совпадают с продольными осями соответствующих им сквозных отверстий бруска второго стержня, причем через эти отверстия пропущены стяжные элементы, снабженные гайками, кроме того, жесткие прогоны выполнены из профиля, подобного использованному в меридиональных арочных ребрах, при этом их концы жестко скреплены с соответствующими меридиональными арочными ребрами, причем каждый стержень скреплен с соседним с ним стержнем, предпочтительно двумя жесткими прогонами, расположенными вне стыков стержней в меридиональном арочном ребре, кроме того, купол снабжен вертикальным несущим элементом, который своим верхним концом скреплен с центральным опорным элементом, выполненным в виде кольца, а на нижележащих участках скреплен по меньшей мере с одним междуэтажным перекрытием, выполненным из радиальных балок, один конец которых скреплен с соответствующим составным меридиональным арочным ребром или опорным элементом основания купола, а другой - с вертикальным несущим элементом, причем радиальные балки выполнены из профиля, подобного использованному в меридиональных арочных ребрах, причем соседние радиальные балки связаны друг с другом посредством дополнительных жестких прогонов, выполненных из профиля, подобного использованному в радиальных балках, при этом дополнительные жесткие прогоны составляют в плане кольца, концентрично расположенные относительно вертикального несущего элемента.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки, указывающие, что «стержни выполнены из деревянного профиля, включающего фанерные ребра и закрепленные у их продольных кромок полки из деревянных брусков», обеспечивают возможность формирования высокопрочной и легкой строительной конструкции из профилированных стержней, при этом возможно наращивание несущей способности конструкции за счет увеличения высоты стенки (без боязни потери устойчивости стенки при нагрузках вдоль стенок профиля) и наращивание момента сопротивления сечения балки (за счет увеличения размера полки) или числа стенок профиля без существенного повышения материалоемкости этих участков.
Признаки, указывающие, что «стержни скреплены стыковыми накладками», обеспечивают возможность соединения стержней в арочную балку произвольной длины, составленную из отдельных элементов.
Признаки, указывающие, что стыковые накладки выполнены «из брусков, расположенных с обеих сторон фанерной пластины, так что плоскости брусков, расположенных на обеих сторонах пластины, образующие стыкуемые поверхности стержней, совпадают с плоскостью ее торца», обеспечивают возможность повышения площади контакта стыкуемых стержней (что снижает величину сжимающих усилий в стыке) и исключают потери устойчивости стенки при нагрузках, ориентированных вдоль стенок профиля). Кроме того, это обеспечивает возможность использования стяжных резьбовых соединений (в совокупности с нижеупомянутым признаком).
Признаки, указывающие, что «в брусках стыкуемых стержней выполнены сквозные отверстия, ориентированные перпендикулярно стыкуемой поверхности стержня, так что продольные оси каждого отверстия бруска одного стержня совпадают с продольными осями соответствующих им сквозных отверстий бруска второго стержня», обеспечивают возможность плотного скрепления торцов стыкуемых стержней, что гарантирует жесткость арки и исключает потерю ее изгибной жесткости (из плоскости арки).
Признаки, указывающие, что через «отверстия пропущены стяжные элементы, снабженные гайками», обеспечивают плотное стягивание друг с другом торцов стыкуемых стержней.
Признаки, указывающие, что «жесткие прогоны выполнены из профиля, подобного использованному в арочных ребрах», обеспечивают возможность формирования высокопрочной и легкой строительной конструкции из профилированных стержней, при этом возможно наращивание несущей способности конструкции за счет увеличения высоты стенки (без боязни потери устойчивости стенки при нагрузках вдоль стенок профиля) и наращивание момента сопротивления сечения балки (за счет увеличения размера полки) или числа стенок профиля без существенного повышения материалоемкости этих участков.
Признаки, указывающие, что концы прогонов «жестко скреплены с соответствующими арочными ребрами», обеспечивают формирование кольцевых несущих поясов в куполе, повышающих жесткость конструкции, воспринимающих нормальные усилия, возникающие в них при общей работе купола. При этом наличие таких нескольких поясов по высоте купола обеспечивает жесткость арочных ребер.
Признаки, указывающие, что «каждый стержень скреплен с соседним с ним стержнем, по меньшей мере, двумя жесткими прогонами, расположенными вне стыков стержней в арочном ребре», упрощают монтаж конструкции и обеспечивают возможность вариации схем (последовательностей) сборки каркаса купола.
Признаки, указывающие, что «купол снабжен вертикальным несущим элементом», обеспечивают возможность формирования помещений с куполообразным сводом больших размеров.
Признаки, указывающие, что вертикальный несущий элемент «своим верхним концом скреплен с центральным опорным элементом, выполненным в виде кольца», обеспечивают скрепление друг с другом верхних концов арочных ребер.
Признаки, указывающие, что вертикальный несущий элемент «на нижележащих участках скреплен по меньшей мере с одним межэтажным перекрытием», обеспечивают возможность разделения куполообразной конструкции на несколько отсеков по высоте и, одновременно, способствуют консолидации купольного каркаса, выступая в роли дополнительных его горизонтальных связей.
Признаки, указывающие, что межэтажное перекрытие выполнено «из радиальных балок, один конец которых скреплен с соответствующим составным меридиональным ребром или опорным элементом основания купола, а другой - с вертикальным несущим элементом, причем радиальные балки выполнены из профиля, подобного использованному в арочных ребрах, причем соседние радиальные балки связаны друг с другом посредством дополнительных жестких прогонов, выполненных из профиля, подобного использованному в радиальных балках, при этом дополнительные жесткие прогоны составляют в плане кольца, концентрично расположенные относительно вертикального несущего элемента», обеспечивают возможность формирования перекрытия в виде пластины, имеющей каркас и высокую несущую способность.
На фиг.1 изображен вертикальный разрез купола; на фиг.2 - вид сверху каркаса купола на уровне первого этажа; на фиг.3 - показан стержень; на фиг.4 - показан узел соединения.
На чертежах показаны арочные ребра 1, стержни 2, облицовка 3 купола, центральный опорный элемент 4, опорный элемент 5 основания, горизонтальные прогоны 6, фанерные пластины 7, полки 8, стыковые накладки 9, торцы 10 пластины 7, сквозные отверстия 11, стяжные элементы 12, вертикальный несущий элемент 13, межэтажные перекрытия 14, радиальные балки 15, дополнительные прогоны 16.
Купол содержит деревянные составные меридиональные арочные ребра 1, выполненные из состыкованных торцами под углом друг к другу стержней 2 одинаковой длины, и облицовку 3 купола, скрепленную с каркасом. При этом арочные ребра 1 шарнирно скреплены верхними концами с центральным опорным элементом 4, а нижними - с опорным элементом 5 основания, равномерно расположенным по периметру купола, и горизонтальные прогоны 6, скрепленные с меридиональными арочными ребрами 1. Стержни 2 выполнены из деревянного профиля, включающего фанерные пластины 7 и закрепленные у их продольных кромок полки 8 из деревянных брусков, при этом стержни 2 скреплены стыковыми накладками 9, выполненными из брусков, закрепленных с обеих сторон фанерной пластины 7, так что плоскости брусков, расположенных на обеих сторонах фанерной пластины 7, образующие стыкуемые поверхности стержней 2, совпадают с плоскостью ее торца 10. В брусках стыковых накладок 9 выполнены сквозные отверстия 11, ориентированные перпендикулярно стыкуемой поверхности стержня 2, так что продольные оси каждого отверстия 11 бруска одного стержня 2 совпадают с продольными осями соответствующих им сквозных отверстий бруска второго стержня 2, причем через эти отверстия 11 пропущены стяжные элементы 12, снабженные гайками. Жесткие горизонтальные прогоны 6 выполнены из профиля, подобного использованному в арочных ребрах 1, при этом их концы жестко скреплены с соответствующими арочными ребрами 1. Причем каждый стержень 2 скреплен с соседним с ним стержнем, предпочтительно, двумя жесткими прогонами 6, расположенными вне стыков стержней 2 в арочном ребре 1. Купол снабжен вертикальным несущим элементом 13, который своим верхним концом скреплен с центральным опорным элементом 4, выполненным в виде кольца, а на нижележащих участках скреплен, по меньшей мере, с одним межэтажным перекрытием 14, выполненным из радиальных балок 15, один конец которых скреплен с соответствующим составным меридиональным ребром 1 или опорным элементом 5 основания купола, а другой - с вертикальным несущим элементом 13. Радиальные балки 15 выполнены из профиля, подобного использованному в арочных ребрах 1, причем соседние радиальные балки 15 связаны друг с другом посредством дополнительных жестких прогонов 16, выполненных из профиля, подобного использованному в радиальных балках 15, при этом дополнительные жесткие прогоны 16 составляют в плане кольца, концентрично расположенные относительно вертикального несущего элемента 13.
Заявляемый купол монтируют следующим образом.
Предварительно собирают стержни 2. Для этого полки 8 из деревянных брусков прикрепляют к продольным кромкам фанерной пластины 7. Далее с обеих сторон фанерной пластины 7 закрепляют стыковые накладки 9 из брусков, формируя стыкуемые поверхности стержней 2, при этом плоскости стыковых накладок 9 совпадают с плоскостью торца 10 фанерной пластины 7. Далее в брусках стыковых накладок 9 выполняют сквозные отверстия 11, ориентированные перпендикулярно стыкуемой поверхности стержня 2, так что продольные оси каждого отверстия 11 бруска одного стержня 2 совпадают с продольными осями соответствующих им сквозных отверстий 11 бруска второго стержня 2.
Далее собирают меридиональные арочные ребра 1 путем стыкового соединения стержней 2 между собой с помощью стяжных элементов 12, пропущенных через сквозные отверстия 11 стыковых накладок 9.
После чего на стенах здания равномерно по периметру купола монтируют опорные элементы 5 основания, образующие кольцо в плане. Затем устанавливают вертикальный несущий элемент 13, верхний конец которого соединяют с центральным опорным элементом 4, выполненным в виде кольца.
Далее устанавливают меридиональные арочные ребра 1, для чего их верхние концы шарнирно скрепляют с центральным опорным элементом 4, а нижние концы - с опорными элементами 5 основания. После чего меридиональные арочные ребра 1 жестко соединяют с жесткими горизонтальными прогонами 6, причем каждый стержень 2 скреплен с соседним с ним стержнем, предпочтительно, двумя жесткими прогонами 6, расположенными вне стыков стержней 2 в арочном ребре 1.
Затем устанавливают радиальные балки 15, один конец которых скреплен с соответствующим составным меридиональным арочным ребром 1 или опорным элементом 5 основания купола, а другой - с вертикальным несущим элементом 13. Затем соединяют соседние радиальные балки 15 между собой посредством дополнительных жестких прогонов 16, которые составляют в плане кольца, концентрично расположенные относительно вертикального несущего элемента 13.