СБОРНО-РАЗБОРНОЕ АРОЧНОЕ СООРУЖЕНИЕ И УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ПРОФИЛИРОВАННОГО ЭЛЕМЕНТА К ФУНДАМЕНТУ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ В ЭТОМ СООРУЖЕНИИ
DEMOUNTABLE ARCHED STRUCTURE AND ATTACHMENT POINT OF SHAPED MEMBER TO FOUNDATION, WHICH IS USED IN THIS STRUCTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к наземному строительству, в частности к арочным конструкциям из тонколистовых холодногнутых профилей, и может быть использовано в строительстве ангаров, складов, гаражей, хранилищ, различных производственных помещений, мастерских и т.п.
Уровень техники
Известно бескаркасное арочное здание (см. патент US 3902288, МПК Е04В 1/32, опубл. 02.09.1975 г.), содержащее вертикальные торцевые стенки и покрытие, состоящее из арочных секций (арок) в виде тонколистовых холодногнутых профилей с поперечными гофрами, соединенных между собой вдоль продольных краев фальцевым замком. Арки устанавливаются на металлические уголки, закрепленные на фундаменте, и соединяются с ними посредством болтового соединения, после чего соединения омоноличивают.
Использование завальцовки для соединения арочных секций делает невозможным последующий демонтаж конструкции, например, для перемещения ее в другое место. Другим существенным недостатком упомянутого аналога является необходимость доставки специального оборудования и спецтехники к месту сборки: арочные секции формируются из рулонной стали непосредственно на месте сборки, соединяются по две-три посредством вальцовочной машины и устанавливаются в заданное положение автокраном.
Кроме того, такое решение имеет существенные ограничения высоты сооружения, которая не может превышать половину от его ширины, что обусловлено требованиями жесткости конструкции. В результате увеличение внутреннего объема здания возможно только при расширении занимаемой им площади.
Известен бескаркасный ангар, содержащий покрытие, собранное из отдельных самонесущих арочных элементов (арок), сформированных из тонкостенного листового профилированного материала, соединенных между собой внахлест с образованием водонепроницаемых стыковых соединений, и торцевые стенки, изготовленные из прямолинейных панелей того же материала (см. патент RU 2197579, МПК Е04В 1/32, опубл. 27.01.2003).
Это техническое решение отличается более широкими конструктивными возможностями, т.к. позволяет создавать арочные сооружения различной формы за счет выполнения арок по длине с дугообразными и прямолинейными участками.
Существенным недостатком такого решения является высокая вероятность образования трещин под действием циклических ветровых нагрузок в местах переходов между прямолинейными и изогнутым участками профиля, являющихся концентраторами напряжений. Кроме того, как и предыдущий аналог, такая конструкция требует применения в процессе монтажа спецтехники.
Известно арочное сооружение (см. патент на изобретение US 5233799, МПК Е04В 1/32, опубл. 10.08.1993, фиг. 28), содержащее, согласно одному из вариантов исполнения, однослойное арочное покрытие, состоящее из соединенных между собой внахлест продольными краями арок, каждая из которых выполнена по длине составной из нескольких профилированных элементов, соединенных между собой внахлест концевыми участками, вертикальные торцевые стенки и узлы крепления профилированных элементов к фундаменту. Это арочное сооружение принято в качестве наиболее близкого аналога к заявляемому техническому решению.
Ближайший аналог представляет собой полностью сборно-разборную конструкцию, которая может быть доставлена компактным пакетом к месту монтажа и собрана без применения спецтехники. При необходимости такая конструкция может быть полностью демонтирована без нарушения целостности составляющих ее частей.
В качестве недостатков ближайшего аналога следует отметить ограниченные конструктивные возможности и невозможность увеличения полезного объема сооружения без увеличения занимаемой им площади.
В качестве наиболее близкого аналога для всех вариантов заявляемого узла крепления профилированного элемента к фундаменту принят узел, раскрытый в патенте US 5233799, МПК Е04В 1/32, опубл. 10.08.1993 г., фиг. 18-20.
Сходными признаками упомянутого узла с заявляемым техническим решением являются: наличие соединяемого с фундаментом основания и наличие закрепленных на основании изогнутых листовых фасонок с контактными плоскостями для соединения с профилированным элементом.
В ближайшем аналоге основание выполнено в виде пластины, на которой в положении «на ребро» параллельно друг другу установлены две одинаковые листовые фасонки и соединены с пластиной посредством сварки.
Существенным недостатком ближайшего аналога является невысокая надежность, обусловленная использованием сварных швов и выполнением контакта между фасонками и основанием по линии. Еще одним недостатком является сложность монтажа профилированного элемента, конец которого перед соединением необходимо завести между двумя параллельными фасонками.
Раскрытие изобретения
Заявляемое изобретение направлено на расширение конструктивных возможностей с одновременным обеспечением высокой надежности и устойчивости арочного сооружения к различным ветровым нагрузкам.
В результате использования предлагаемого технического решения достигается ряд положительных технических результатов:
1) возможность увеличения высоты и внутреннего (полезного) объема сооружения без расширения занимаемой площади;
2) возможность создания различных форм здания на базе однотипных унифицированных элементов простой конструкции;
3) повышение надежности и нагрузочной способности сооружения, в том числе его устойчивости к боковым ветровым нагрузкам, за счет снижения величины контактных напряжений в местах сопряжения элементов арки, повышения надежности закрепления концов арок к фундаменту, повышения жесткости профилированных элементов;
4) упрощение монтажных работ.
Решение технической задачи и упомянутые положительные результаты достигаются благодаря тому, что в сборно-разборном арочном сооружении, содержащем покрытие из соединенных между собой внахлест продольными краями арок, каждая из которых выполнена составной по длине из нескольких профилированных элементов, соединенных между собой внахлест концевыми участками, торцевые стенки и узлы крепления профилированных элементов к фундаменту, согласно заявляемому изобретению, одни профилированные элементы, составляющие арку, выполнены прямолинейными, а другие - дугообразно изогнутыми за исключением их концевых участков длиной 200-300 мм, выполненных прямолинейными.
Использование для формирования арок прямолинейных и дугообразно изогнутых профилированных элементов позволяет создавать сооружения различной формы на базе однотипных унифицированных элементов, различающихся длиной и радиусом кривизны, в том числе формы, в которой высота сооружения значительно превышает половину его ширины. Возможность увеличения высоты позволяет увеличивать полезный объем сооружения без расширения занимаемой им площади.
Однако использование для создания арки профилированных элементов разной кривизны ведет к появлению проблемы обеспечения герметичности соединения и проблемы концентрации напряжений в местах перехода между прямолинейными и дугообразными элементами арки.
Выполнение концевых участков дугообразно изогнутых профилированных элементов прямолинейными обеспечивает плотность прилегания соединяемых внахлест концов профилированных элементов, независимо от их кривизны.
Выполнение перекрываемых концевых участков длиной 200-300 мм позволяет снизить нагрузки на переходном участке, распределив их по достаточно большой площади, и обеспечивает герметичность соединения, исключая вероятность протекания воды внутрь сооружения.
В совокупности, упомянутые отличительные конструктивные признаки позволяют решить вышеупомянутые проблемы, исключают вероятность образования трещин в местах соединений и обеспечивают высокую надежность и устойчивость конструкции.
Профилированные элементы, предпочтительно, выполнены с поперечным сечением в форме трапеции и с отгибами наружу продольных краев, в которых выполнены отверстия для соединения с профилированными элементами соседних арок.
Глубина профиля профилированных элементов, образующих арку, составляет от 40 до 400 мм. Глубина профиля в каждом случае определяется индивидуально: чем больше требования по нагрузочной способности сооружения, тем глубже профиль. Увеличение глубины профиля способствует повышению жесткости и прочности арочного сооружения.
Торцевые стенки сооружения изготавливают из прямолинейных профилированных элементов, аналогичных профилированным элементам арки, но имеющих меньшую глубину профиля: 40-200 мм.
Выполнение поперечных гофр на дугообразно изогнутом участке профилированных элементов способствует повышению жесткости арочной конструкции во всех направлениях и устойчивости сооружения к любым ветровым нагрузкам.
На решение поставленной задачи направлены и усовершенствования опорных узлов арочного сооружения, обеспечивающих закрепление на фундаменте концов арок и торцевых стен.
Предлагаемый узел крепления профилированного элемента к фундаменту включает основание и закрепленные на нем изогнутые листовые фасонки с контактными плоскостями для соединения внахлест с профилированным элементом. Согласно заявляемому изобретению, основание выполнено из уголкового профиля, на котором в ряд установлены листовые фасонки, опертые на горизонтальную полку основания и соединенные с его вертикальной полкой внахлест отгибами, сформированными по сторонам от контактных плоскостей фасонки, при этом профилированный элемент установлен с опорой на горизонтальную полку основания между контактными плоскостями соседних листовых фасонок и вертикальной полкой основания.
В предлагаемой конструкции узла, по-сравнению с прототипом, исключены сварочные швы, а листовые фасонки контактируют сразу с двумя взаимно перпендикулярными полками основания, между которыми они размещены, причем контакт как минимум с одной вертикальной полкой осуществляется по плоскостям отгибами на концах фасонки. Все воспринимаемые профилированными элементами нагрузки через листовые фасонки передаются на основание, распределяясь между его полками.
Такая конструкция узла соединения позволяет существенно повысить надежность и устойчивость арочного сооружения, и особенно к боковым нагрузкам. Так, в предлагаемом устройстве боковые нагрузки, воспринимаемые профилированным элементом, передаются через листовую фасонку на вертикальную полку основания, распределяясь поровну между контактирующими с полкой отгибами фасонки. При этом действующие силы способствуют прижатию упомянутых контактирующих поверхностей, по сравнению с прототипом, где боковые нагрузки работают «на срез» шва листовой фасонки.
Еще одним существенным от прототипа отличием является то, что посадочное место для конца профилированного элемента сформировано между двумя соседними листовыми фасонками и вертикальной полкой основания, что существенно упрощает монтажные работы.
После установки профилированный элемент соединяют с контактными плоскостями фасонок посредством резьбовых соединений.
Для дополнительного повышения надежности и устойчивости конструкции профилированный элемент может быть соединен еще и с вертикальной полкой основания.
Благодаря тому, что фасонки выполнены в виде отдельных деталей, имеется возможность корректировки их положения на основании непосредственно в процессе сборки конструкции, что обеспечивает возможность компенсации погрешностей изготовления элементов конструкции, выявляемых в процессе сборки.
Основание, на котором устанавливаются листовые фасонки, может быть выполнено из цельного уголкового профиля, имеющего длину, равную длине (или ширине) арочной конструкции, либо из состыкованных между собой отрезков уголкового профиля. Во втором случае обеспечивается уменьшение длины элементов основания, что упрощает их транспортировку и перемещение.
Листовые фасонки могут иметь различное исполнение (см. примеры осуществления ниже).
В предпочтительном случае реализации листовая фасонка имеет дополнительную контактную плоскость, расположенную между контактными плоскостями и соединяющую их нижние кромки параллельно горизонтальной полке основания. В дополнительной контактной плоскости выполнены отверстия, совмещаемые с отверстиями в горизонтальной полке основания и используемые вместе с последними для анкерного соединения с фундаментом.
Такая конструкция фасонки обеспечивает возможность жесткого соединения внахлест не только с вертикальной, но и с горизонтальной полкой основания, что способствует дополнительному повышению надежности и устойчивости конструкции.
Выполнение соединения листовой фасонки и основания одновременно с анкерным соединением основания с фундаментом позволяет избежать лишних операций и соединительных узлов.
В другом конкретном примере реализации устройства между контактными плоскостями листовой фасонки расположена дополнительная контактная плоскость, опертая, как и контактные плоскости, ребром на горизонтальную полку основания и выполненная с отверстиями, совмещаемыми с отверстиями в продольных отгибах соединяемых между собой профилированных элементов соседних арок, которые в этом случае соединяют не только друг с другом, но и с дополнительной контактной плоскостью фасонки, что способствует повышению жесткости соединения.
Предлагаемая конструкция узла может быть использована для закрепления прямолинейных и дугообразно изогнутых профилированных элементов арок, а также для установки и закрепления профилированных элементов торцевых стен сооружения с увеличенной высотой, независимо от длины и ширины сооружения.
Краткое описание чертежей
Возможность промышленной осуществимости предлагаемого технического решения подтверждается приведенным ниже примером, иллюстрированным чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - арочное сооружение, общий вид, изометрия;
на фиг. 2 - тоже, вид А с фиг. 1;
на фиг. 3 - увеличенный фрагмент покрытия с фиг. 1;
на фиг. 4 показан прямолинейный профилированный элемент арки;
на фиг. 5 показан дугообразно изогнутый профилированный элемент арки;
на фиг. 6 показан прямолинейный профилированный элемент торцевых стен;
на фиг. 7 показан узел крепления профилированного элемента к фундаменту;
на фиг. 8 - вид В с фиг. 7;
на фиг. 9 - узел крепления профилированного элемента к фундаменту, с другим исполнением листовой фасонки;
на фиг. 10 - вид C с фиг. 9;
на фиг. 11-13 показан процесс закрепления профилированных элементов к фундаменту;
на фиг. 14 показана установка усиливающих уголков;
на фиг. 15 приведен пример еще одного арочного сооружения, полученного на основе того же набора профилированных элементов.
Осуществление изобретения
Арочное сооружение (см. фиг. 1) содержит торцевые стенки 1 и однослойное арочное покрытие 2, образованное соединенными между собой внахлест продольными краями арками 3. Каждая арка 3 выполнена составной по длине из нескольких профилированных элементов 4-10, соединенных между собой внахлест концевыми участками (см. фиг. 2, 3).
В приведенном на чертежах примере составляющие арку 3 профилированные элементы 4, 6, 8, 10 имеют прямолинейную форму (см. фиг. 4).
Элементы 5, 7 и 9 дугообразно изогнуты за исключением концевых участков 11 длиной 200-300 мм, которые имеют прямолинейную форму (см. фиг. 5). На дугообразном участке изогнутых профилированных элементов 5, 7, 9 выполнены поперечные гофры 12.
Радиус кривизны элемента 7, образующего вершину арки, меньше радиусов кривизны элементов 5 и 9.
Торцевые стенки 1 выполняют из прямолинейных профилей, аналогичных прямолинейным профилированным элементам арок, но имеющих меньшую глубину профиля (см. фиг. 6).
Все профилированные элементы арок и торцевых стен выполнены с поперечным сечением в форме трапеции и с отгибами наружу продольных краев 13 и 14, в которых сформированы монтажные отверстия 15 для нахлестного соединения соседних арок и панелей торцевых стен.
На концевых участках профилированных элементов выполнены монтажные отверстия 16 для соединения между собой профилированных элементов, образующих арку, а также для формирования панели торцевой стены, если та выполнена из совокупности профилированных элементов, последовательно соединенных между собой. Уменьшение длины сборочных профилей упрощает их транспортировку.
c
Глубина профиля h профилированных элементов торцевых стен составляет 40-200 мм.
a
Глубина профиля h профилированных элементов арки может составлять от 40 до 400 мм, в зависимости от размеров и предназначения арочного сооружения.
Длина профилированных элементов определяется размерами сооружения.
Все профилированные элементы арок и стен изготавливаются в заводских условиях из рулонной стали толщиной 0,8-1,2 мм с использованием известного оборудования, включающего профилегибочный агрегат. Изготовление в заводских условиях способствует высокой точности изготовления и повторяемости размеров.
Унифицированные сборочные элементы арочного сооружения компактно укладываются в стопы один на другой. Небольшая длина сборных элементов позволяет перевозить их на любом транспорте в любые труднодоступные места по бездорожью (куда спецтехника доставлена быть не может).
Для закрепления арочного покрытия и торцевых стен к фундаменту используют унифицированные узлы крепления, включающие основание 17 из уголкового профиля и установленные на нем в ряд изогнутые листовые фасонки 18 (см. фиг. 7-10).
Уголковый профиль устанавливают по длине стороны арочного сооружения, причем он может быть выполнен в виде одной детали, в случае небольших размеров сооружения, но чаще основание 17 собирают из однотипных отрезков уголкового профиля, стыкуемых между собой.
Листовые фасонки, сформированные из листовых заготовок методом гибки, имеют две контактные плоскости 19, сформированные по сторонам от них отгибы 20 и расположенную между плоскостями 19 дополнительную контактную плоскость, которая в одном случае исполнения выполнена в виде вертикальной плоскости 21 (см. фиг. 7-8), а в другом случае - в виде горизонтальной плоскости 22 (см. фиг. 9-10).
Будем именовать листовую фасонку в первом исполнении 18А, а фасонку во втором исполнении - 18В.
Листовые фасонки 18С, размещаемые по углам строения (см. фиг. 7, 9), близки по строению к фасонкам 18А, но могут несколько отличаться от них углами между контактными плоскостями и направлением отгибов 20.
Листовые фасонки устанавливают с опорой контактных плоскостей 19 (и плоскости 21 для фасонок 18А и 18С) ребром на горизонтальную полку 23 основания, совмещая отверстия в отгибах 20 с отверстиями, выполненными в вертикальной полке 24 уголкового профиля основания 17.
В случае установки листовой фасонки 18В совмещают также отверстия, выполненные в ее горизонтальной плоскости 22, с отверстиями, выполненными в горизонтальной полке 23 основания.
Осуществляют соединение фасонок с основанием посредством резьбового, например болтового, соединения и анкерное соединение основания с фундаментом.
Фасонки 18А и 18В могут использоваться вместе, при этом листовая фасонка 18А устанавливается снаружи листовой фасонки 18В до полного совмещения монтажных отверстий на плоскостях 19 и 20.
В регионах, где установлены особые требования к ветровым нагрузкам, для дополнительного усиления надежности крепления конструкции к фундаменту могут быть применены усиливающие уголки, которые устанавливаются на горизонтальную плоскость 23 основания внутри листовой фасонки 18А или на горизонтальную плоскость 22 листовой фасонки 18В (см. фиг. 14).
Арку собирают на земле путем последовательного соединения внахлест концевыми участками элементов 4-10. Причем нижерасположенные элементы заводятся концом под вышерасположенный (см. фиг. 2), что позволяет исключить попадание жидкости между элементами покрытия.
Собранная арка поднимается в вертикальное положение с помощью каната, лебедки (или других механизмов) и устанавливается с опорой ее нижних профилированных элементов 4 (и 10 аналогичным образом) на горизонтальную полку 23 основания и с размещением в пространстве, образованном между вертикальной полкой 24 основания и контактными плоскостями 19′ и 19′′ соседних листовых фасонок 18′ и 18′′, с которыми они соединяются посредством резьбовых соединений (см. фиг. 11-12).
Аналогичным образом устанавливают следующую собранную арку. При этом продольный отгиб 13′ второго профилированного элемента 4′ (10′) накладывается на отгиб 14 первого профилированного элемента 4 (10) и соединяется с ним посредством резьбовых соединений (см. фиг. 13).
В случае выявления несостыковки отверстий, например, в случае накопленной погрешности отклонения размеров соединяемых элементов, можно осуществить корректировку отверстий направителями, прилагаемыми в комплекте поставки.
В итоге при таком соединении все профилированные элементы, образующие арочное покрытие, оказываются закрепленными по периметру.
Наличие на концах дугообразно изогнутых профилированных элементов (5, 7, 9) прямолинейных участков длиной до 300 мм обеспечивает плотность прилегания соединяемых внахлест элементов и способствует снижению нагрузок на переходном участке за счет их перераспределения по большой площади. В результате достигается высокая надежность и устойчивость конструкции.
По окончании монтажа арочного покрытия производят монтаж торцевых стен, используя упомянутые выше узлы крепления профилированных элементов к фундаменту. Монтаж узлов и установку профилированных элементов торцевых стен производят аналогично монтажу арок арочного покрытия.
Между арочным покрытием 2 и торцевыми стенками 1 устанавливают завершающие уголки 26 (см. фиг. 3).
Монтажные работы по сборке сооружения характеризуются простотой и не требуют участия сложных грузоподъемных механизмов.
Использование двух дугообразных отличающихся радиусом кривизны элементов и двух прямолинейных профилированных элементов разной длины, как в приведенном примере, позволяет создать до 36 видов различных конструкций ангаров, один из которых приведен на фиг. 15.