СЕТЧАТАЯ ОБОЛОЧКА
GRID SHELL

Изобретение относится к различным областям техники, в частности к области строительства, и может быть использовано для покрытий стержневыми сетчатыми оболочками зданий различного назначения, в том числе промышленных зданий.
Сетчатые оболочки - это многогранники, вписанные чаще всего в сферическую поверхность вращения. Сетка обычно образуется из треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сетчатых оболочек соединяются шарнирно. Сетчатая оболочка является распорной системой, которая воспринимается нижним опорным кольцом.
Несмотря на внешнюю ажурность и легкость сетчатых оболочек, их изготовление до сих пор остается крайне дорогостоящим и трудоемким делом. Именно сложность технологии строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций. Главная проблема любых сетчатых оболочек - узлы соединения перекрещивающихся стержней.
Известна пространственная конструкция сетчатой оболочки, смонтированной из множества прямых стержневых элементов, соединенных концевыми частями с узловыми элементами с помощью высокопрочных гибких соединительных элементов, не допускающих сжатия (заявка Японии N 63-21777, кл. 4Е04 В.
Недостатком известной сетчатой оболочки является сложность монтажа конструкции, связанная с необходимостью проведения работ по соединению стержневых элементов между собой на высоте в проектном положении.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является пространственное покрытие каркасного типа, включающее стержневые и узловые элементы. Формообразование покрытия осуществляется методом трансформации плоской решетки заготовки в пространственное покрытие каркасного типа, включающим размещение мембраны под покрытием, раскладку отдельных стержневых элементов и их сборку на плоскости. В плоской решетке с треугольными ячейками предусматривается узловое устройство для шарнирного поворота стержней в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый стержневой элемент снабжен телескопическим оголовком, обеспечивающим возможность продольного удлинения и поворота элемента относительно продольной оси. Шарнирное соединение концов стержневых элементов позволяет в результате надувания мембраны приобрести покрытию проектное положение. Затем после фиксации длины стержня с помощью пружинного кольца оголовка и шарнирного устройства с помощью болтового соединения возможен демонтаж мембраны (а.с. СССР N 1080749, кл. Е04В 7/10, "Пространственное покрытие и способ его образования". Опубл. 15.03.84. Бюл. №101).
Недостатком известной конструкции и монтажа является сложность конструкции и трудоемкость ее возведения, связанная с необходимостью фиксации узлов соединения стержней стяжными болтами на высоте в проектном положении оболочки, непозволяющей такой конструкции, по меньшей мере, одним стержневым элементом трансформироваться из плоского вида в форму покрытия каркасного типа, что ограничивает функциональные возможности и снижает эффективность оболочек. Именно трудоемкость строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций.
Решаемой задачей изобретения является упрощение конструкции оболочки, позволяющее расширить функциональные возможности ее трансформироваться из плоского вида в заданную форму, а в целом повысить эффективность оболочки при трансформировании в форму сферической поверхности.
Техническим результатом от использования изобретения является создание простой сетчатой оболочки, способной трансформироваться из плоского вида в форму сферической поверхности вращения путем вращения, по меньшей мере, одного стержневого элемента, позволяющей расширить функциональные возможности и эффективность сферических оболочек в целом.
Технический результат достигается тем, что сетчатая оболочка, состоящая из стержневых элементов и шарниров, образующих плоскую решетку с возможностью трансформирования ее в форму сферической поверхности вращения, согласно которой плоская решетка образована по меньшей мере°° из трех фрагментов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками, причем каждый фрагмент состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетка с треугольными ячейками, при этом стержневые элементы, являющиеся звеньями пространственных шестизвенных механизмов выполнены одинаковой длины, продольные оси стержневых элементов, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов развернуты на различные углы, в первом случае развернуты на угол 90°, во втором случае - на 60°.
Для пояснения технической сущности предлагаемого изобретения рассмотрим чертежи:
фиг. 1 - схематическое изображение плоской решетки сетчатой оболочки;
фиг. 2 - схематическое изображение фрагмента плоской решетки сетчатой оболочки;
фиг. 3 - схематическое изображение пространственного шестизвенного механизма;
фиг. 4 - схематическое изображение примерной плоской решетки сетчатой оболочки, состоящей из трех фрагментов;
фиг. 5 - сетчатая оболочка из трех фрагментов в проектном положении;
фиг. 6 - ячейки решетки в виде различных пространственных шестизвенников.
На прилагаемых чертежах обозначено:
1 - фрагмент решетки сетчатой оболочки;
2 - шарниры, соединяющие фрагменты решетки сетчатой оболочки;
3 - пространственный шестизвенный механизм;
4 - шарниры, соединяющие пространственные шестизвенные механизмы;
5 - стержневой элемент как звено пространственного механизма;
6 - шарниры, соединяющие стержневые элементы пространственного механизма.
Плоская решетка сетчатой оболочки, показанная на фиг. 1, состоит из трех фрагментов 1, соединенных тремя шарнирами 2 в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками.
Фрагмент плоской решетки сетчатой оболочки, показанный на фиг. 2, состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов 3, соединенных тремя шарнирами 4 в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками,
Пространственный шестизвенный механизм, показанный на фиг. 3, состоит из шести стержневых элементов 5, соединенных шестью шарнирами 6 в равносторонний треугольник, при этом стержневые элементы, являющиеся звеньями пространственного шестизвенного механизма, выполнены одинаковой длины, продольные оси стержневых элементов, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям этих шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов развернуты на различные углы, в первом случае на угол 90°, во втором случае на угол 60°.
Трансформирование сетчатой оболочки производится следующим образом:
Стержневые элементы 5 раскладывают в плоскую решетку, показанную на фиг. 4, собирают шестизвенные пространственные механизмы 3, для этого соединяют концы стержневых элементов 5 в шарнирах 6, собирают фрагменты решетки сетчатой оболочки 1, для этого соединяют шестизвенные пространственные механизмы 3 в шарнирах 4, собирают решетку сетчатой оболочки для этого соединяют фрагменты решетки сетчатой оболочки 1 в шарнирах 2 и получают плоскую решетку сетчатой оболочки (фиг. 4). Полученная плоская решетка сетчатой оболочки является одноподвижным многозвенным пространственным механизмом. Вращением, по меньшей мере, одного стержневого элемента 5 трансформируют плоскую решетку сетчатой оболочки в проектное положение - в форму сферической поверхности вращения (фиг. 5). Фиксируют положение по меньшей мере одного стержневого элемента 5, например, опорным узлом основания и получают сетчатую оболочку в проектном положении. В проектном положении сетчатой оболочки образуется решетка с ячейками в виде различных пространственных шестизвенников, в первом случае, когда оси шарниров стержневых элементов развернуты на угол 90°, вид ячеек показан на фиг. 5, во втором случае, когда оси шарниров стержневых элементов развернуты на угол 60°, виды ячеек показаны на фиг. 6.
Сетчатая оболочка является распорной системой, которая воспринимается опорными узлами основания. Отпадает необходимость, проведения работ по фиксированию стержневых элементов на высоте в проектном положении оболочки.
Предложенную сетчатую оболочку можно трансформировать в проектное положение с различными параметрами сферической поверхности. Радиус кривизны сферической поверхности определяется степенью трансформирования плоской решетки - заготовки. При фиксированных длинах стержневых элементов и количества фрагментов решетки радиус кривизны сферической оболочки определится размерами опорного кольца основания. При увеличении диаметра опорного кольца основания радиус кривизны сферической поверхности увеличивается. Использование опорных колец основания различного диаметра при фиксированных длинах стержневых элементов и количества фрагментов позволяет получить проектные решения сетчатой оболочки с различными радиусами кривизны сферической поверхности.
Упрощение монтажа предложенной сетчатой оболочки, возможность трансформирования ее в положение с различными параметрами проекта, а также получать решетки с ячейками в виде различных пространственных шестизвенников способствуют более широкому применению этих конструкций.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемое изобретение позволяет получить простую конструкцию сетчатой оболочки, несложную в монтаже, способную трансформироваться из плоского вида в форму сферической поверхности вращения путем вращения по меньшей мере одного стержневого элемента, при этом заявленное решение позволяет создать многомодульные покрытия, построенные путем соединения предлагаемых сетчатых оболочек, имеющих в своем составе различное количество фрагментов, все это расширяет функциональные возможности и повышает эффективность сетчатых оболочек. Возможность трансформирования сетчатой оболочки в положения с различными параметрами проектов также расширяет функциональные возможности их и способствует более широкому применению этих конструкций в различных областях техники.