ЛИНИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА МЕТАЛЛОЧЕРЕПИЦЫ
LINE AND METHOD OF MANUFACTURING AND INSTALLATION OF METALLIC TILE

Линия относится к области обработки металла давлением, области строительства, а именно изготовлению кровельного покрытия из тонколистовой стали, и способам наведения наиболее экономичного профиля и монтажа покрытия с уклоном, обеспечивающим и экономию на длине ската покрытия, и водоотведение атмосферных осадков в любой местности за пределы стеновых ограждающих конструкций в зависимости от интенсивности дождя для данной местности.
Известен профилированный лист по патенту RU 2220803 от 10.01.2004, авт. Курчаков Н.М.
Профилированный лист в сечении представляет трапецеидальный профиль, по длине листа имеются синусоидальные водораздельные и лотковые площадки.
Недостатки: в лотке, где происходит сопряжение со смежным листом, при эксплуатации покрытия во время дождя струя воды в каждом периоде синусоиды ударяется в место сопряжения, переполняет лоток и проникает под верхний лист сопряжения.
Известна «Черепица" SU 1815316 от 15.05.93, бюл. №18. Черепица состоит из квадратной или ромбической пластины и пяти клинообразных ребер.
Недостатки: высокая трудоемкость при монтаже.
Известен профилированный лист с продольными и поперечными гофрами, см. кн.: Тришевский И.С. Холодногнутые профили проката. Киев, 1967, стр.68.
Недостатки: преследуется только цель жесткости конструкции.
Известен «Кровельный щит для наклонных крыш» RU 2053039 С1, B21D 7/00, авт. А.Амброш.
Кровельный щит для наклонных крыш состоит из бетонной панели с арматурой без стропил и прогонов с ригелями, перпендикулярными к нижнему поясу панели.
Недостатки: применение строительных конструкций с большим весом требует применения более мощных грузоподъемных механизмов, появляется трудно разрешимая задача при необходимости изменения угла ската крыши.
Известен «Листовой гофрированный профиль» RU 2107571 С1, B21D, 13/00, авторы В.А.Лесин и др.
Листовой гофрированный профиль представляет собой элемент кровельного покрытия из металлического листа толщиной 0,5-1 мм с размерами 530×490 мм, у которого в сечении короткой стороны кривая линия - циклоида, водораздельную часть которой характеризует шипообразный выступ, а лотковую часть характеризует части окружностей с центрами, расположенными на прямой линии и равноудаленными друг от друга; в сечении по длинной стороне указанный групповой лотковый профиль с одним уступом с высотой не более 20 мм.
Недостатки: низкая технологичность при изготовлении и монтаже кровли.
Известен также «Способ изготовления листового профиля» RU 2272688 С1, авторы А.Г.Исламов и др.
Изготовление продольного гофра выполняют на многоклетьевом стане с нужным профилем (трапецеидальным, синусоидальным, циклоидальным и т.д.), а изготовление поперечных гофр, поверх продольных, выполняют штампом силовой установки, затем отрезают нужное количество профилированного листа одинаковой длины. Изготовленное таким способом изделие характеризуется размерами: длина изделия 11900 мм, ширина - 1176 мм, количество лотков - 6, шаг между лотками - 183,3 мм, число поперечных гофр - 34, шаг между гофрами - 350 мм.
Недостатки: способ не предполагает изготовления изделий с наиболее экономичными характеристиками элементов черепицы в зависимости от минимального угла ската и, наоборот, при любом угле ската крыши не рекомендует характеристик элементов металлочерепицы в зависимости от дождей различной интенсивности для кровель.
Прототипом изобретения принят «Способ изготовления листового профиля» RU 2272688 С1, авторы А.Г.Исламов и др. от 27.03.06.
Изготовление продольного гофра выполняют на многоклетьевом стане с нужным профилем (трапецеидальным, синусоидальным, циклоидальным и т.д.), а изготовление поперечных гофр, поверх продольных, выполняют штампом силовой установки, затем отрезают нужное количество профилированного листа одинаковой длины. Изготовленное таким способом изделие характеризуется размерами: длина изделия 11900 мм, ширина - 1176 мм, количество лотков - 6, шаг между лотками - 183,3 мм, число поперечных гофр - 34, шаг между гофрами - 350 мм. «Способ», по описанию, не предусматривает наведение 3, 4, 5 лотков для водоотведения потока.
Недостатки: способ не предполагает изготовления изделий с наиболее экономичными характеристиками элементов черепицы в зависимости от минимального угла ската и, наоборот, при любом угле ската крыши не рекомендует характеристик элементов металлочерепицы, количество продольных валков для формирования водоразделов и лотков, их высоту, а также шаг и высоту поперечного сдвига назначают только из условий придания продольной и поперечной жесткости, а также внешнего восприятия получаемой формы, без учета экономии площади листа, не рекомендует характеристик элементов металлочерепицы в зависимости от дождей различной интенсивности для кровель в разных географических условиях.
Техническая задача линии и способа изготовления металочерепицы: создание форм черепичных покрытий с учетом экономии листа и жесткостей в продольном и поперечном направлениях, с сохранением водоотводящих свойств покрытий при минимальных углах наклона водоотводящей поверхности, а также конструкции лотковых и водораздельных частей черепицы для крыш для любых углов ската покрытия.
Техническая задача решается в два приема: сначала изготавливается профилированный лист с формированием водораздельной и лотковой части с расчетным шагом по синусоидальной, линии трапеции, или другой линии с учетом формирования каскадов с расчетным шагом поперечного прессования (см. обоснование); предварительно, первое - для экономии энергозатрат при изготовлении профлиста назначают минимальное количество лотков; второе - для гарантированного водоотведения определяют геометрические и гидротехнические характеристики лотка любой формы (трапецеидальной, синусоидальной, циклоидальной, овальной, волновой), в том числе высоту и значения по ширине лотка, расчетное живое сечение и гидравлический радиус; третье - выбирают угол наклона покрытия крыши исходя из условий экономии покрытия и гарантированного водоотведения. Предоставлен для рассмотрения расчет трапецеидального профиля ввиду простоты расчета.
Линия содержит: многоклетевой прокатный стан 1 с набором формующих валков различного профиля (трапецеидального, синусоидального, циклоидального, овального, волнового) 2, соответствующий пресс 3 для получения поперечного ребра жесткости требуемой глубины, соответствующие ножницы 4 для получения профильного листа требуемой длины (фиг.1).
Пример конкретного выполнения: лист из рулонной заготовки заправляют между формующими валками 2 прокатного стана 1. После прохождения цикла наведения водораздельной и лотковой поверхности, после получения поперечного ребра жесткости на прессе 3 лист отрезают ножницами 4 и складируют для отправки потребителю.
Предложенная линия и способ делают возможным создание наиболее рациональной формы профильного, а также профильно-черепичного изделия для использования как кровельного покрытия при любых интенсивностях дождя, в т.ч. в условиях ливней.
Обоснование параметров продольного профилирования.
Лист с рулона, проходя между валками, в результате деформаций получает, к примеру, трапецеидальные русла (лотки) 5, одновременно будущие жесткости между короткими сторонами покрытия в количестве от трех до шести. Трапецеидальный (синусоидальный, циклоидальный, овальный, волновой) лоток назначают в зависимости от длины ската и угла наклона водоотводящей поверхности и интенсивности дождя для данной местности продолжительностью 20 минут (фиг.1-4).
Обоснование параметров поперечного профилирования.
Шаг поперечного прессования 7 (для черепицы) назначают от 0,25 до 0,55 ширины изготовленного профилированного листа.
Обоснование параметров угла наклона водоотводящей поверхности.
Высоту лотка назначают не менее 20 мм с запасом от глубины потока в лотке, для пропуска дождевого потока с интенсивностью продолжительностью 20 минут и пропуска ливневого потока с минимальным наклоном водоотводящей поверхности и для сохранения архитектурного впечатления - 20 градусов (фиг.2, 3).
Пример расчета водоотводящего лотка в табличной форме.
Использованная техническая литература: A.M.Латышенков «Основы гидравлики», Гидрометиздат, Ленинград, 1971, стр.100, 101, таблица 6.1, (Коэффициенты шероховатости n), формула (6.6), стр.111-114; Н.Ф.Федоров и др. «Канализационные сети», М., Стройиздат, 1985, стр.84, 215, приложение 9 (Средние интенсивности дождя 20-минутной продолжительности), журнал «Природа», М.: Наука, 1973, №5, стр.8, колонка 2, строки снизу в количестве пяти и колонка 3, строки 1-4 сверху, стр.9, рис.1, стр.17, рис.8 (Карта испарения, соответствующая изолиниям выпадения осадков, в мм, и подобных изолиний интенсивности дождя по континентам).
Используемые формулы и обозначения:
ω=(b+mh)h;
2
X=b+2h+√1+m;
R=ω/X;
С=1/n+(27, 5-300 n) lg R;
2
2
v=C√Ri; i=(v/CR);
v=q/ω; q=ωv.
2
Производные выражения, применяемые в расчете: √R; lg R; √i, нужны для определения коэффициента Шези, C√R и CR нужны для определения скорости потока в конце лотка другим способом, для определения угла наклона дна лотка:
h - высота наполнения лотка водой перед сбросом с кровли (м);
2
ω - площадь живого сечения (м);
n - коэффициент шероховатости, n=0,014;
X - смоченный периметр (м);
R - гидравлический радиус (м);
С - коэффициент Шези, определенный по формуле И.И.Агроскина;
v - скорость потока в конце лотка (м/сек);
i - уклон дна лотка, соответствующий тангенсу угла уклона лотка;
m - характеристика трапеции, m=1, (заложение откоса лотка);
q - интенсивность дождя продолжительностью 20 минут.
Исходя из приложения 9 для местности городов Липецк, Смоленск и др. наполнение лотка должно быть около 0,003 метра, т.е. 3 мм, см. кн.: Н.Ф.Федоров и др. Канализационные сети, стр.216, М., Стройиздат, 1985. Аналогично проводят проверку достаточности глубины лотка для других мест.
Запас высоты лотка назначается, чтобы исключить протекание ливневого дождя под верхний лист при ветре, встречном водостоку, и при наледи в зимне-весенний период, при запыленности, препятствии водостоку опавшими листьями в осенне-зимний период, при ошибках в монтаже при невертикальности плоскости с вертикалью и линией ската (осью дна лотка).
Расчетная ширина водосбора для одного лотка:
b=bp+bл+2 mh;
где b - ширина водосбора одного лотка; bp - ширина водораздельной части;
bл - ширина лотка по дну; m - заложение боковой поверхности; h - высота лотка. Расчетная площадь водосбора для одного лотка:
S=b×I; где I - длина водосборной площадки в плане.
2
2
Очередность выполнения расчета выполняют по колонкам таблиц слева направо. Пример табличного расчета для шестилоткового профильного листа пятиметровой длины в плане и площади 6 м в плане. Площадь в плане, обеспечиваемая одним лотком, 1 м. Очередность выполнения расчета выполняют по колонкам таблиц слева направо.
Таблица 1
Интенсивность дождя 20-минутной обеспеченности - 206 л/с на 1 га
h (м)
b (м)
ω (м<sup>2</sup>)
Х (м)
R (м)
<img file="00000001.tif" he="13" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
lg R
С
<img file="00000002.tif" he="5" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,0015
0,02
0,0000302
0,02423
0,00124845
0,035333
-2,9036288
3,77402
0,13334
0,003
0,02
0,000069
0,02826
0,00244161
0,049412
-2,6112323
10,5614
0,50185
0,004
0,03
0,000136
0,04128
0,00317757
0,056369
-2,4979048
13,2273
0,74561
Продолжение таблицы 1
C<sup>2</sup>R
v (м/с)
i
<img file="00000003.tif" he="5" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000004.tif" he="4" wi="24" img-content="undefined" img-format="tif" />
q (л/с с га)q (л/с с 1 м<sup>2</sup>)
ωv=q(м<sup>3</sup>/с c1 м<sup>2</sup>)
α°arc tg i
0,017781
0,6821192
26,167628
5,1155742
0,6820914
2060,0206
0,0000206
88,5499
0,251853
0,2985507
0,3539069
0,5949007
0,2985509
19,489
0,55594
0,15147
0,0430479
0,2074800
0,157156
2,464
2
Анализ показателей таблицы свидетельствует, что уклон крыши 20° обеспечивается в лотке с живым сечением в пределах 0,000069 м и смоченным периметром от 0,02826 м, с наполнением лотка 3 мм. Конструкция лотка с учетом запаса должна иметь высоту не менее 20 мм.
2
2
Пример табличного расчета для пятилоткового профильного листа пятиметровой длины в плане и площади 6 м в плане. Площадь в плане, обеспечиваемая одним лотком, 1,2 м.
Таблица 2
Интенсивность дождя 20-минутной обеспеченности - 206 л/с на 1 га
h (м)
b (м)
ω (м<sup>2</sup>)
Х (м)
R (м)
<img file="00000001.tif" he="13" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
lg R
С
<img file="00000002.tif" he="5" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,0025
0,03
0,0000812
0,03705
0,00219298
0,046829
-2,8965329
9,47468
0,44370
0,003
0,03
0,000099
0,03846
0,00257410
0,050735
-2,5893745
11,0961
0,56296
0,007
0,03
0,000259
0,04974
0,005207076
0,072160
-2,2834060
18,2252
1,31513
Продолжение таблицы 2
C<sup>2</sup>R
v (м/с)
i
<img file="00000003.tif" he="5" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000005.tif" he="4" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
q (л/с с га) q (л/с с 1,2 м<sup>2</sup>)
ω v=q (м<sup>3</sup>/с с 1,2 м<sup>2</sup>)
α°arc tg i
0,196871
0,304246
0,4701837
0,6856997
0,304244
206
0,00002472
25,182
0,316927
0,249696
0,1904171
0,4363681
0,2456578
0,02472
10,781
1,729574
0,095444
0,0052669
0,0725734
0,0954434
0,30177
2
Анализ показателей таблицы свидетельствует, что уклон крыши 20° обеспечивается в лотке с живым сечением в пределах 0,0000812-:-0,000099 м и смоченным периметром от 0,03705 до 0,03846 м, с наполнением лотка 3 мм. Конструкция лотка с учетом запаса должна иметь высоту не менее 20 мм.
2
2
Пример табличного расчета для четырехлоткового профильного листа пятиметровой длины в плане и площади 6 м в плане. Площадь в плане, обеспечиваемая одним лотком, 1,5 м.
Таблица 3
Интенсивность дождя 20-минутной обеспеченности - 206 л/с на 1 га
h (м)
b (м)
ω (м<sup>2</sup>)
Х (м)
R (m)
<img file="00000001.tif" he="13" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
lg R
С
<img file="00000002.tif" he="5" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,0025
0,03
0,0000812
0,03705
0,00219298
0,046829
-2,8965329
9,47468
0,44370
0,003
0,000099
0,03846
0,00257410
0,050735
-2,5893745
11,0961
0,56296
0,007
0,000259
0,04974
0,005207076
0,072160
-2,2834060
18,2252
1,31513
Продолжение таблицы 3
C<sup>2</sup>R
v (м/с)
i
<img file="00000003.tif" he="5" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="4" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
q (л/с с га)q (л/с с 1,5 м<sup>2</sup>)
ω v=q (м<sup>3</sup>/c с 1,5 м<sup>2</sup>)
α°arc tg i
0,196871
0,380541
0,7355668
0,8576519
0,3805401
206
0,0000309
36,3369
0,316927
0,312121
0,3010776
0,5487054
0,3088891
0,0309
16,5758
1,729574
0,347490
0,0698146
0,2642245
0,3474896
3,9936
2
Анализ показателей таблицы свидетельствует, что уклон крыши 20° обеспечивается в лотке с живым сечением в пределах 0,0000812-:-0,000099 м и смоченным периметром от 0,03705 до 0,03846 м, с наполнением лотка 3 мм. Конструкция лотка с учетом запаса должна иметь высоту не менее 20 мм.
2
2
Пример табличного расчета для трехлоткового профильного листа пятиметровой длины в плане и площади 6 м в плане. Площадь в плане, обеспечиваемая одним лотком, 2,0 м.
Таблица 4
Интенсивность дождя 20-минутной обеспеченности - 206 л/с на 1 га
h (м)
b (м)
ω (м<sup>2</sup>)
Х (м)
R (м)
<img file="00000001.tif" he="13" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
lg R
С
<img file="00000002.tif" he="5" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,0025
0,03
0,0000812
0,03705
0,00219298
0,046829
-2,8965329
9,47468
0,44370
0,003
0,000099
0,03846
0,00257410
0,050735
-2,5893745
11,0961
0,56296
0,005
0,000155
0,0441
0,003514739
0,059285
-2,4541070
14,2479
0,84475
Продолжение таблицы 4
C<sup>2</sup>R
v (м/с)
i
<img file="00000003.tif" he="5" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="4" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
q (л/с с га)q (л/с с 2 м<sup>2</sup>)
ω v=q(м<sup>3</sup>/c с 2 м<sup>2</sup>)
α°arc tg i
0,196871
0,507389
1,3076765
1,1435366
0,507387
206
0,0000412
52,594
0,316927
0,416161
0,4833620
0,6952424
0,391393
0,0412
25,7973
0,7160588
0,159073
0,03545963
0,1883073
0,159072
2,310
2
Анализ показателей таблицы свидетельствует, что уклон крыши 20° обеспечивается в лотке с живым сечением в пределах 0,000099-:-0,000155 м и смоченным периметром от 0,03846 до 0,0441 м, с наполнением лотка 3 мм. Конструкция лотка с учетом запаса должна иметь высоту не менее 20 мм.
2
2
Пример табличного расчета для шестилоткового профильного листа пятиметровой длины в плане и площади 6 м в плане, при высоких значениях интенсивности дождя (500 и более литров на гектар в секунду) для лотка, обслуживающего водосбор с 1 м в плане покрытия.
Анализ показателей таблицы свидетельствует, что все уклоны крыши обеспечивают указанные дождевые потоки лотками шириной по дну 0,03 м и указанной глубиной заполнения. Наиболее экономичным является заполнение лотка 0,005-0,06 м и наклоном крыши, близким к 20°. Углы 3,9936; 6,7851 градусов непривлекательны с позиции архитектуры, а угол 43,665 градусов неэкономичен. Конструкция лотка с учетом запаса должна иметь высоту не менее 3-кратной глубины расчетного живого сечения, т.е. 20 мм.
Назначить параметры размеров лотка по заданному углу наклона не представляется возможным ввиду отсутствия методики такого расчета для малых значений расходов, поэтому заданный угол определяют подбором геометрических и гидротехнических параметров лотков, выбирая нужные сечения из таблиц, составленных по предъявленной методике.
По всем приемлемым образцам лотков наблюдается распределение скорости потока от 0,25 до 0,5 м/с, о правильности в расчетах можно судить из равенства скорости потока, определенной различными способами в колонках «v» и .
Ввиду поперечного прессования профилированного листа образуются перепады, и поэтому в этом случае рекомендуемые углы должны применяться для участков профилирования каждого из разделенного потока.